【正文】 使用最頻繁的寄存器。 (3) 指揮并控制 CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。 運算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的，并且，一個算術(shù)操作產(chǎn)生一個運算結(jié)果，一個邏輯操作產(chǎn)生一個判決。 ALU 能完成對這兩個數(shù)據(jù)進行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。 用單片機來控制的小型家電產(chǎn)品具有便攜實用，操作簡單的特點 。與通用計 算機不同，單片機的指令功能是按照工業(yè)控制的要求設(shè)計，因此它又被稱為微控制器（ Micro Controller Unit） [1] 在日新月異的 21 世紀里，家 用 電 子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展 。同時，學(xué)習(xí)使用 單片機 是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 關(guān)鍵詞 LED 彩燈；彩燈控制系統(tǒng)；單片機 電子科技大學(xué) 第 3 頁 目錄 摘 要 一、前言 .................................................................. 4 （一）單片機的概況和基本結(jié)構(gòu) .......................................... 4 （二）彩燈控制器的研究現(xiàn)狀及意義 ...................................... 5 二、彩燈控制器系統(tǒng)總體設(shè)計 ................................................ 6 （一）方案分析 ........................................................ 6 三、彩燈控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計 ................................................ 8 （一）單片機選擇 ...................................................... 8 （二 ）單片機最小系統(tǒng) ................................................. 10 （三） LED 彩燈顯示電路 ............................................... 11 （四）受控模塊硬件電路圖 ............................................. 12 四、軟件設(shè)計 ............................................................. 13 （一）設(shè)計介紹 ....................................................... 13 （二）程序流程圖 ..................................................... 14 五、 彩燈控制器的焊接與調(diào)試 ............................................... 15 （一）組裝成品焊接 ................................................... 15 （二）電路的調(diào)試 ..................................................... 16 （三）設(shè)計中存在的問題及解決方案 ..................................... 17 六、結(jié)束語 ............................................................... 17 （一）論文總結(jié) ....................................................... 17 （二）工作展望 ....................................................... 18 參 考 文 獻 .............................................................. 19 致 謝 .................................................................... 20 附 錄（一） .............................................................. 21 PCB 板 ................................................................... 21 附 錄（二） .............................................................. 22 電子科技大學(xué) 第 4 頁 一、前言 （一）單片機的概況和基本結(jié)構(gòu) 單片 微型計算機 簡稱單片機，是典型的嵌入式 微控制器 （ Microcontroller Unit）， 常用英文字母的縮寫 MCU 表示單片機，單片機又稱 單片微控制器 ，它不是完成某一個邏輯功能的 芯片 ，而是把一個 計算機系統(tǒng)集成 到一個芯片上。 電子科技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 題目 :基于 AT89C51單片機 的 簡易 LED彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計 學(xué)生姓名： 李 元 學(xué)生學(xué)號： 1102021313 專業(yè)方向： 電子信息工程技術(shù) 指導(dǎo)教師： 程 瑤 指導(dǎo)單業(yè)： 電子與通信系 2021 年 10月 20 日 電子科大畢業(yè)設(shè)計說明書 第 2 頁 摘 要 本文介紹了一 種 簡易 LED 彩燈控制系統(tǒng) 的軟硬件設(shè)計過程 ， 本方案以 AT89C51單片機作為主控核心， 按鍵控制電路、彩燈 顯示電路以及單片機最小系統(tǒng) 等模塊組成的 核心主控制 電路。單片機由 運算器 、 控制器 、 存儲器 、 輸入輸出設(shè)備 構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比， 單片機 缺少了外圍設(shè)備等。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。 許多家電 設(shè)備都 趨于人性化、 智能化 ， 這些電器設(shè)備大部分都含有 CPU 控制器 或者是 單片機。 基本結(jié)構(gòu) 運算器由運算部件 —— 算術(shù)邏輯單元 （ Arithmetic amp。例如，兩個數(shù) 6 和 7 相加，在相加之前，操作數(shù) 6 放在累加器中， 7 放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時， ALU 即把兩個數(shù)相加并把結(jié)果 13 存入累加器，取代累加器原來的內(nèi)容 6。 電子科技大學(xué) 第 5 頁 控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的 “ 決策機構(gòu) ” ，即協(xié)調(diào)和指揮整個微機系統(tǒng)的操作。 微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把 ALU、計數(shù)器、 寄存器 和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。在算術(shù)和邏輯運算時它有雙功能：運算前，用于保存一個操作數(shù)；運算后，用于保存所得的和、差或邏輯運算結(jié)果。 指令寄存器是用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。 （ 4）程序計數(shù)器 PC PC 用于確定下一條指令的地址，以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，因此通常又被稱為指令地址計數(shù)器。 顯然，當(dāng) CPU 向存儲器存數(shù)據(jù)、 CPU 從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和 CPU 從內(nèi)存讀出指令時，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。 LED 彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。 LED 彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚，但目前市場上各樣式的 LED 彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn) ，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間 、模式、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。 本文提出了一種基于 AT89C51 單片機的彩燈控制方案，實現(xiàn)對 LED 彩燈的控制。 二、彩燈控制器系統(tǒng)總體設(shè)計 （一）方案分析 彩燈控制器大致可分為兩種方案實現(xiàn)。 電子科技大學(xué) 第 7 頁 方案二： 本 方案 主要是通過對 基于單片機的多控制、多閃爍方式的 LED彩燈循環(huán)系統(tǒng)的 設(shè)計，來 達到 本設(shè)計的要求。采用單片機控制其優(yōu)點 是電路集成 度高，工作原理簡單，清晰明了，自定義 編程 ， 控制的圖案花樣多 ，移植性好等。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存 儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 GND：接地。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)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(dāng) P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)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(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。在 FLASH 編程期 間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 通過軟件設(shè)計，使單片機 P0 口作為三色 LED 驅(qū)動信號輸出口及移位時鐘 CLOCK 信號， P3 口為按鍵輸入口， P2 口、 P1 口 與 LED 相接作為顯示器的輸出口。 單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位。通過軟件編程對 P2口輸出高低電平來實現(xiàn)不同的閃爍花型。 硬件電路圖如圖 所示。在這個 5 ms 的T0 定時基礎(chǔ)上，可以根據(jù)需要來確定各種模式工作時間 Ti，以及確定在各種亮燈模式Mode l_i 內(nèi)點亮和熄滅各種 顏色 LED 燈的時刻： Red_on， Red_off， Green_on， Green_off，Blue_on， blue_off 以及 Clock（移位翻轉(zhuǎn)脈沖）等。8 個按鍵分別為： 4 個參數(shù)按鍵（ Fi 增、減按鍵， Ti 增、減按鍵）， 3 個模式改變按鍵（模式上翻 UP、模式下翻 DOWN、模式保持 KEEP）， 1 個功能切換按鍵。 在本設(shè)計中，一共有 4 種模式， Model_1 為亮黃色的燈， Model_2 為亮品紅色的燈， Model_3 為 亮綠色的燈， Model_4 為全亮。 電子科技大學(xué) 第 15 頁 圖 主程序流程圖 五、 彩燈控制器的焊 接與調(diào)試 （一）組裝成品焊接 首先檢測元件是否良好 ,把每一個元件按照圖紙的情況焊上電路板上。 （ 2） 焊錫和助焊劑 焊錫：焊接電子元件，一般采用有松香芯的焊錫絲。焊接較大元件或?qū)Ь€時，也可以采用焊錫膏。 （ 4） 焊接方法 電烙鐵經(jīng)過長時間使用后，烙鐵頭部會生成一層氧化物，這時它就不容易吃錫，這時可以用銼刀銼掉氧化層，將烙鐵通電后等烙鐵頭部微熱時插入松香，涂上焊錫即可繼續(xù)使用，新買來的電烙鐵也必須先上錫然后才能使用。烙鐵頭上焊錫過多時，可用布擦掉。注意電源線不可搭在烙鐵頭上，以防燙壞絕緣層而發(fā)生事故。經(jīng)過上述處理后元件容易焊牢 ，不容易出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。用萬用表電阻檔檢查焊接和接插是否良好，元器件引腳之間有無短路，連接處有無接觸不良，電容極性是否正確，電源供電包括極性、信號源連線是否正確，電源端對地是否存在短路。在器件的選擇時，一些參數(shù)不知如何確定，比如電阻的阻值， LED 燈閃動的頻率，周期等，這些參數(shù)不設(shè)定好直接會影響到彩燈運行的效果。功率損耗總是存在的，為了減少 功率損耗， 查閱資料后，采取了 LED 板模塊之間接口處用信號正向驅(qū)動模塊芯片 MC4049連接 的方法 [13]。 此次畢業(yè)設(shè)計是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。 畢業(yè)設(shè)計收獲很多，作為電子專業(yè)的學(xué)生，設(shè)計是我們將來必須的技能，這次畢業(yè)設(shè)計恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計對電路的方針再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進行了檢驗。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個模塊電路的鏈接及電路的細節(jié)設(shè)計上，在 多種方案的選擇中，我們仔細分析其原理以及可行的原因，然后把原件進行焊接調(diào)試，最后還是在老師的