【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(dòng)的方向。 運(yùn)算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來(lái)指揮的，并且，一個(gè)算術(shù)操作產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)算結(jié)果，一個(gè)邏輯操作產(chǎn)生一個(gè)判決。 ALU 能完成對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)來(lái)控制的小型家電產(chǎn)品具有便攜實(shí)用，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn) 。與通用計(jì) 算機(jī)不同，單片機(jī)的指令功能是按照工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì)，因此它又被稱(chēng)為微控制器（ Micro Controller Unit） [1] 在日新月異的 21 世紀(jì)里，家 用 電 子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展 。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用 單片機(jī) 是了解計(jì)算機(jī)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(jī) 電子科技大學(xué) 第 3 頁(yè) 目錄 摘 要 一、前言 .................................................................. 4 （一）單片機(jī)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(jì) ................................................ 6 （一）方案分析 ........................................................ 6 三、彩燈控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................ 8 （一）單片機(jī)選擇 ...................................................... 8 （二 ）單片機(jī)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(jì) ............................................................. 13 （一）設(shè)計(jì)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(jì)中存在的問(wèn)題及解決方案 ..................................... 17 六、結(jié)束語(yǔ) ............................................................... 17 （一）論文總結(jié) ....................................................... 17 （二）工作展望 ....................................................... 18 參 考 文 獻(xiàn) .............................................................. 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(yè) 一、前言 （一）單片機(jī)的概況和基本結(jié)構(gòu) 單片 微型計(jì)算機(jī) 簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式 微控制器 （ Microcontroller Unit）， 常用英文字母的縮寫(xiě) MCU 表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱(chēng) 單片微控制器 ，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的 芯片 ，而是把一個(gè) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成 到一個(gè)芯片上。 電子科技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 題目 :基于 AT89C51單片機(jī) 的 簡(jiǎn)易 LED彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 李 元 學(xué)生學(xué)號(hào)： 1102021313 專(zhuān)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(jì)說(shuō)明書(shū) 第 2 頁(yè) 摘 要 本文介紹了一 種 簡(jiǎn)易 LED 彩燈控制系統(tǒng) 的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程 ， 本方案以 AT89C51單片機(jī)作為主控核心， 按鍵控制電路、彩燈 顯示電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng) 等模塊組成的 核心主控制 電路。單片機(jī)由 運(yùn)算器 、 控制器 、 存儲(chǔ)器 、 輸入輸出設(shè)備 構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比， 單片機(jī) 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(jī)。 基本結(jié)構(gòu) 運(yùn)算器由運(yùn)算部件 —— 算術(shù)邏輯單元 （ Arithmetic amp。例如，兩個(gè)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(shí)， ALU 即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果 13 存入累加器，取代累加器原來(lái)的內(nèi)容 6。 電子科技大學(xué) 第 5 頁(yè) 控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的 “ 決策機(jī)構(gòu) ” ，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的操作。 微處理器內(nèi)通過(guò)內(nèi)部總線把 ALU、計(jì)數(shù)器、 寄存器 和控制部分互聯(lián)，并通過(guò)外部總線與外部的存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí)它有雙功能：運(yùn)算前，用于保存一個(gè)操作數(shù)；運(yùn)算后，用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)算結(jié)果。 指令寄存器是用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。 （ 4）程序計(jì)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(chēng)為指令地址計(jì)數(shù)器。 顯然，當(dāng) CPU 向存儲(chǔ)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(shí)，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(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來(lái)裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚。 LED 彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來(lái)裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚，但目前市場(chǎng)上各樣式的 LED 彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實(shí)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(chǎng)合、不同時(shí)間段的需要來(lái)調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間 、模式、閃爍頻率等動(dòng)態(tài)參數(shù)。 本文提出了一種基于 AT89C51 單片機(jī)的彩燈控制方案，實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 彩燈的控制。 二、彩燈控制器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) （一）方案分析 彩燈控制器大致可分為兩種方案實(shí)現(xiàn)。 電子科技大學(xué) 第 7 頁(yè) 方案二： 本 方案 主要是通過(guò)對(duì) 基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的 LED彩燈循環(huán)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)，來(lái) 達(dá)到 本設(shè)計(jì)的要求。采用單片機(jī)控制其優(yōu)點(diǎn) 是電路集成 度高，工作原理簡(jiǎn)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(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 GND：接地。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，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(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， 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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。此時(shí)， 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(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)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(guò)軟件設(shè)計(jì)，使單片機(jī) P0 口作為三色 LED 驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出口及移位時(shí)鐘 CLOCK 信號(hào)， 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(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。通過(guò)軟件編程對(duì) P2口輸出高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的閃爍花型。 硬件電路圖如圖 所示。在這個(gè) 5 ms 的T0 定時(shí)基礎(chǔ)上，可以根據(jù)需要來(lái)確定各種模式工作時(shí)間 Ti，以及確定在各種亮燈模式Mode l_i 內(nèi)點(diǎn)亮和熄滅各種 顏色 LED 燈的時(shí)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(gè)按鍵分別為： 4 個(gè)參數(shù)按鍵（ Fi 增、減按鍵， Ti 增、減按鍵）， 3 個(gè)模式改變按鍵（模式上翻 UP、模式下翻 DOWN、模式保持 KEEP）， 1 個(gè)功能切換按鍵。 在本設(shè)計(jì)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(yè) 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(cè)元件是否良好 ,把每一個(gè)元件按照?qǐng)D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(shí)，也可以采用焊錫膏。 （ 4） 焊接方法 電烙鐵經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后，烙鐵頭部會(huì)生成一層氧化物，這時(shí)它就不容易吃錫，這時(shí)可以用銼刀銼掉氧化層，將烙鐵通電后等烙鐵頭部微熱時(shí)插入松香，涂上焊錫即可繼續(xù)使用，新買(mǎi)來(lái)的電烙鐵也必須先上錫然后才能使用。烙鐵頭上焊錫過(guò)多時(shí)，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(guò)上述處理后元件容易焊牢 ，不容易出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。用萬(wàn)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(wú)短路，連接處有無(wú)接觸不良，電容極性是否正確，電源供電包括極性、信號(hào)源連線是否正確，電源端對(duì)地是否存在短路。在器件的選擇時(shí)，一些參數(shù)不知如何確定，比如電阻的阻值， LED 燈閃動(dòng)的頻率，周期等，這些參數(shù)不設(shè)定好直接會(huì)影響到彩燈運(yùn)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(hào)正向驅(qū)動(dòng)模塊芯片 MC4049連接 的方法 [13]。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來(lái)工程師重要的一步。 畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很多，作為電子專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，設(shè)計(jì)是我們將來(lái)必須的技能，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到圖書(shū)館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)電路的方針再到最后電路的成型，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)模塊電路的鏈接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，在 多種方案的選擇中，我們仔細(xì)分析其原理以及可行的原因，然后把原件進(jìn)行焊接調(diào)試，最后還是在老師的