【正文】 海口經(jīng)濟學院信息工程學院 海口經(jīng)濟學院信息工程學院 通信工程專 業(yè)畢業(yè)設計 課題題目： 基于 AT89C51單片機的 LED 簡易彩燈控制系統(tǒng)設計 姓 名： 學 號： 年級專業(yè)： 2022 級信息通信 學 期： 第七學期 指導教師： 職 稱： 開題時間： 2022年 1 月 25日 ?？诮?jīng)濟學院信息工程學院 1 一、方案論證 .............................................. 2 （一）方案比較 ......................................... 2 （二）總體設計 方案 ..................................... 2 二、硬件電路設計 .......................................... 3 （一）單機片最小系統(tǒng) .................................... 3 （二）按鍵控制電路 ..................................... 4 （三）中斷電路 ......................................... 5 （四） LED 顯示電路 ..................................... 5 （五）總體電路 ......................................... 6 （六）單機片的介紹 ..................................... 7 三、軟件設計 .............................................. 9 （一）軟件設計思路 ..................................... 9 （二）軟件設計流程 .................................... 10 （三）軟件程序 ........................................ 11 四、結論 ................................................ 18 參考文獻： .............................................. 19 ?？诮?jīng)濟學院信息工程學院 2 摘 要 本文介紹了一種由 16個 LED發(fā)光二 極管組成多功能發(fā)光形式的簡易彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設計過程，方案以 AT89C51單片機作為主控核心， 且以 復位電路、時鐘電路、按鍵電路、中斷電路以及彩燈顯示電路組成， 利用軟件編程燒錄程序到單片機來實現(xiàn)對 LED 彩燈進行多樣控制 。 該控制電路能完成多種閃燈模式以及隨意變換想要的閃爍方式和控制彩燈的閃爍頻率等功能。該系統(tǒng)具有電路結構簡單、易操作、硬件少、體積少、成本低、能耗低等優(yōu)點，有一定的實用價值。 關鍵詞 ： 8051 單片機 ； LED 彩燈 ； 控制系統(tǒng) ； 閃爍方式 一、 方案論證 （一）方案比較 方案一 ： 可用 555產(chǎn)生脈沖 加到計數(shù)器來完成，試驗原理框圖如下： 方案二： 也可用兩非門與電阻與電容構成多諧振蕩器加到計數(shù)器來完成?？驁D如下： 方案三 ： 通過單片機控制二極管的閃爍，通過中斷來改變模式同時串行輸出數(shù)碼管。 P0， P1口接 16個二極管， P3口接擴展板的數(shù)碼顯示接口。 該方案簡單，易于設計和控制，所以選擇法案三。 （二） 總體設計方案 設計思路 : 本方案這要是通過對基于單片機的多控制、多閃爍方式的 LED彩 燈循環(huán)振 蕩脈沖 計數(shù)器 LED 燈 計數(shù)器 555多諧振蕩器 LED 燈顯示 ?？诮?jīng)濟學院信息工程學院 3 系統(tǒng)的設計，來達到本設計的要求。本課題設計的 總體框圖如下圖 12 所示 圖 12 系統(tǒng)總體設計框圖 系統(tǒng)設計如下： 此設計方案中單片機的 P1口接 4路按鍵控制電路，實現(xiàn)彩燈閃爍方式的切換功能；單片機的 引腳接上一個按鍵開關以實現(xiàn)對彩燈中斷的控制；單片機上的 P0 和 P2口接 16路 LED發(fā)光二極管組成彩燈顯示電路，實現(xiàn)多種形式的閃爍功能。 二、 硬件電路設計 （一） 單機片最小系統(tǒng) 要使單片機工作起來，最基本的電路構成由單片機 、 時鐘電路 、 復位 電路 等 組成。單片機最小系統(tǒng)由復位電路和時鐘信號電路組成（如圖 21）。 復位電路：確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機系統(tǒng)的復位方式有上電自動復位和手動按鍵復位。本設計采用上電自動復位。 單片機最小系統(tǒng)還有一塊 模塊 叫時鐘電路。時鐘電路由一個晶振和兩個小電容組成，用來產(chǎn)生時鐘頻率。 AT89C51單片機芯片內部有一個反向放大器構成的振蕩器， XTAL1和 XTAL2分別為振蕩器電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內部和外部生成，在 XTAL1和XTAL2 引腳上外接定時元件，內部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率 選擇 12MHz，電容值取 30PF,電容的大小頻率起微調的作用。 ?？诮?jīng)濟學院信息工程學院 4 圖 21 單片機最小系統(tǒng)圖 （二） 按鍵控制電路 按鍵控制電路（如圖 22）是由 4個按鍵開關構成的。他們分別接在單片機 AT89C51的 ~ 引腳上，為了一對一方式控制 16 個 LED 彩燈的不同閃爍形式。當按下開關 key1時， 16個 LED發(fā)光二極管閃爍第一種彩燈方式；當按下開關 key2 時， 16個 LED發(fā)光二極管閃爍第二種彩燈方式；同理，當按下開關 key3 時， 16 個 LED 發(fā)光二極管閃爍第三種彩燈方式；當按下開關 key4時， 16個 LED發(fā)光二極管閃爍第四種彩燈方式。 圖 22 按鍵控制電路圖 時鐘電路 復位電路 key1 key2 key3 key4 ?？诮?jīng)濟學院信息工程學院 5 （三） 中斷電 路 單片機的 引腳街上一個按鍵開關以實現(xiàn)對彩燈中斷的控制（如圖 23）。當彩燈系統(tǒng)正在實現(xiàn)無論哪一種控制方式時，按下中斷開關使過程終止， 16個 LED發(fā)光二極管同時會處于熄滅狀態(tài)，停止當前工作；當再次按一下中斷開關時，彩燈系統(tǒng)會繼續(xù)進行工作，閃光方式會與中斷之前的方式一樣。 如圖 23 中斷控制電路圖 （四） LED顯示電路 流水燈采用的是發(fā)光二極管（ LightEmitting Diode），簡稱 LED，是一種將電 能轉換為光能的半導體器件，具有體積小、耗電低的優(yōu)點，常被用作微型計算機與數(shù)字電路的輸出裝置。當 LED兩端加上一定的正向電壓，使之流過一定的工作電流就會發(fā)光，其亮度隨流過的電流增加而增加，但電流過大 LED 的壽命也將縮短。普通 LED正向電流一般為 5~20mA。由于 51 的 I/O 是弱上拉的方式，在輸出高電平時，只能輸出幾十微安的電流，而在輸出低電平時， I/O 最大可以輸入幾十毫安的電流。所以，通常采用灌電流的方式，即電流從電源經(jīng) LED流向 I/O口。為了不讓流過 LED的電流太大而把它燒壞，還得串上限流電阻 R，當 P0和 P2口輸出高電平（ +5V）時， LED兩端沒有電壓降，所以熄滅；當 P0 和 P2 口輸出低電平（即 P0/P2=0）時 , LED 正向導通發(fā)光。此時 LED 兩端電壓 VD約為 ，則限流電阻 R兩端將存在 （即 =）。查閱 AT89C51技術手冊后發(fā)現(xiàn)，單個 I/O 口的輸入電流不能超過 10mA； P0 口的輸入電流總和不能超過26mA； P P P3 的輸入電流總和不能超過 15mA；所有 I/O 口的輸入電流總和不能超海口經(jīng)濟學院信息工程學院 6 過 71mA。（如圖 24） 圖 24 led顯示電路圖 （五）總體電路 ?？诮?jīng)濟學院信息工程學院 7 （ 六） 單機片的介紹 AT89C51管腳圖如 下 圖 25所示 海口經(jīng)濟學院信息工程學院 8 圖 25 AT89C51引腳 排列 VCC：供電電壓 +5V。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。本系統(tǒng)中 P0口接 LED數(shù)碼管的段選段。 P1 口： P1 口是一個內部提供 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收 [7]。 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當 P2口被寫 “1” 時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部 數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。本系統(tǒng)中語音芯片 ISD1420 的地址端接 P2口。 P3 口： P3 口是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3口寫入 “1” 后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下?？诮?jīng)濟學院信息工程學院 9 拉為低電平， P3 口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT