【正文】 3個(gè) LED燈泡湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 13 并通過三基色原理搭配出不同的色彩。 本系統(tǒng)允許用戶自行 設(shè)置，因此單片機(jī)要能夠保存設(shè)定參數(shù)，然后單片機(jī)根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)循環(huán)執(zhí)行程序。 彩燈采用的是交流電，單片機(jī)使用直流電，這種情況下，通常利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波形來控制彩燈。具體實(shí)現(xiàn)的功能描述如下： ? 系統(tǒng)利用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù) /計(jì)時(shí)器來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，完成燈泡 色彩的變換。 單片機(jī)控制 單片機(jī)主要完成定時(shí)控制和彩燈色彩變換控制，它不負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)彩燈。及色彩變換可以轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^調(diào)節(jié)占空比 a來調(diào)節(jié) LED燈光亮度，進(jìn)而利用三基色原理調(diào)出所需色彩。控制 LED亮度需要利用單片機(jī) I/O口的 PWM來實(shí)現(xiàn)數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換， D/A轉(zhuǎn)換的實(shí)質(zhì)是對(duì)某一固定頻 率的脈沖進(jìn)行占空比調(diào)節(jié)。其中， 0表示熄滅； 1表示亮度達(dá)到最大值。這 3個(gè)具有獨(dú)立發(fā)光顏色的 LED將按照顏色搭配能發(fā)出不同顏色光彩的特性進(jìn)行組合，使彩燈呈現(xiàn)不同的色彩。此外，系統(tǒng)自我缺省地設(shè)置了一組節(jié)奏。 利用三基色原理的藝術(shù)彩燈的功能如下： （ 1）實(shí)現(xiàn) 七彩顏色變化 利用 3個(gè)獨(dú)立的單色 LED燈泡進(jìn)行組合搭配，應(yīng)用三基色原理，利用價(jià)格低廉的 51系列單片機(jī)控制基色 LED燈泡來實(shí)現(xiàn)豐富的色彩變化。因此有必要對(duì)現(xiàn)有的彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。用彩燈來裝街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚。 EM78P153 singlechip microputer。此設(shè)計(jì)利用 PWM技術(shù)控制各基色 LED燈泡的亮度，利用系統(tǒng)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)彩燈色彩的變換，利用中斷轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)色彩狀態(tài)子程序的連續(xù)調(diào)用（即利用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)基色 LED彩燈進(jìn)行控制）。通常在 OSCI和 OSCO之間外接一只晶振 VDD：電源正極 VSS：電源負(fù)極或地 P50~P53： P50~P53為雙向 I/O端口。 EM78P153單片機(jī)的外觀如圖 1所示， 圖 1 EM78P153單片機(jī)的外觀 其管腳說明如下： /RST：人工復(fù)位信號(hào)輸入端 /施密特出發(fā)輸入，當(dāng)該腳保持低電平時(shí)單 片機(jī)復(fù)位。盡管 16 位和 32 位單片機(jī)已為人們所熟悉和了解。它是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片上的微機(jī)。同時(shí)對(duì)51 系列單片機(jī) —— EM78P153 的特點(diǎn)及其各引腳特性做了詳盡地闡述。作為將要從事單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方面的技術(shù)人員，掌握單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)是必要的。 40 參考文獻(xiàn) 37 綜合調(diào)試 35 單片機(jī)調(diào)試 19 系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn) 16 系統(tǒng)總流程 13 LED 控制電路 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架 Ⅰ 摘 要 1 緒 論 . 1 第 1 章 設(shè)計(jì)概述 2 引 言 3 彩燈原理介紹 12 交流檢測(cè)電路 17 狀態(tài)內(nèi)部流程 36 系統(tǒng)軟件調(diào)試 在單片機(jī)的應(yīng)用過程中，單片機(jī)只是應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)核心部件，為把單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，只掌握單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要想構(gòu)成一個(gè)完善的應(yīng)用系統(tǒng)，還要熟悉執(zhí)行機(jī)構(gòu)及硬件接口電路的應(yīng)用特性，同時(shí)，還應(yīng)該 掌握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、印刷電路板的結(jié)構(gòu)布局及軟件的設(shè)計(jì)技巧這些書本上學(xué)不到的知識(shí)，因此為設(shè)計(jì)出完善的應(yīng)用系統(tǒng)，必須在實(shí)際工作中勤于實(shí)踐，逐步積累這方面的經(jīng)驗(yàn)。整個(gè)設(shè)計(jì)共分五章。片內(nèi)含有 CPU、 ROM、 RAM、并行 I/O、串行 I/O、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總 線等。 本篇主要講解以 51 系列單片機(jī) —— EM78P153 這款單片機(jī)為主線來開發(fā)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制的循環(huán)彩燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。不接地其他電路時(shí)，可將該腳接 VDD。 P60~P67： P60~P67為雙向 I/O端口。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及容易操作等優(yōu)點(diǎn)。 lantern signal controllers。但目前市場(chǎng)上各式樣的 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)間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間、模式、閃爍頻率等動(dòng)態(tài)參數(shù)。 彩燈功能描述： 彩燈可以通過定時(shí)或隨用戶要求來變換不同的顏色。在此例中則使單個(gè)彩燈可有 7種不同的顏色。 湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 10 第 2章 彩燈原理與系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) 彩燈原理介紹： 系統(tǒng)根據(jù)三基色原理，以紅、綠、藍(lán) 3種 基本顏色組成一個(gè)可變的單元，將紅綠藍(lán) 3種基色 LED燈泡放到磨沙的玻璃罩內(nèi)， 3種基色光經(jīng)混合后，便可對(duì)外呈現(xiàn) 7種顏色。 三基色原理的基本公式如下： 紅色 + 藍(lán)色 + 綠色 = 白色 紅色 + 藍(lán)色 = 紫色 藍(lán)色 + 綠色 = 青色 綠色 + 紅色 = 黃色 色彩轉(zhuǎn)換分析 系統(tǒng)利用單片機(jī)控制連接紅、綠、藍(lán) 3個(gè) LED的 I/O口，使其產(chǎn)生不同的波形即 可得到相應(yīng)的顏色。該波形是一個(gè)時(shí)序圖，例如藍(lán)色 LED在 T0~T3時(shí)段熄滅；在 T3~T4時(shí)間段漸漸亮起來，直到最亮；在 T4~T7時(shí)間段保持最亮；在 T7~T8時(shí)間段漸漸暗下。假設(shè) LED燈泡的工作電壓為 Uo，單片機(jī) I/O口的輸出占空比為 a， LED的平均工作電壓為 Uavg，它可以有公式 Uavg=a*Uo計(jì)算得到。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架 彩燈需要定時(shí)變換燈光色彩，也可以根據(jù)需要設(shè)定色彩的變換方式 。由于單片 機(jī)是弱電系統(tǒng)，它只能給出控制使能信號(hào)，而使能過后的動(dòng)作則由具體電路來實(shí)現(xiàn)。 計(jì)時(shí)信號(hào)分為兩個(gè)，利用兩者的比較來調(diào)節(jié)燈泡的亮度，實(shí)現(xiàn)色彩的平滑轉(zhuǎn)換。 ? 利用交流檢測(cè)實(shí)現(xiàn)多個(gè)基色 LED燈泡的亮度的同步變化。 燈泡的選定 基于實(shí)際開發(fā)的考慮，本系統(tǒng)選擇了具有高亮特性的 LED燈泡。 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的 電路原理圖 23如下所示： 圖 23： 系統(tǒng)電路原理圖 本系統(tǒng)的規(guī)模較小，按照單片機(jī)選型的總原則，本系統(tǒng)選用的單片機(jī)型號(hào)為EM78P153，它不僅可以滿足系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的要求，同時(shí)可使本應(yīng)用系統(tǒng)有比較高的可靠性，較高的性能價(jià)格比，擁有較長的使用壽命，并提供了升級(jí)換代的可能。5v/32MHZ時(shí)為 15μ A。 ? 32*8位片內(nèi)寄存器組（ SRAM，一般寄存器）。 ? 7個(gè)可編程上拉和漏極開路 I/O管腳 P6x。紅、綠、藍(lán) 3種 LED的工作電流相同，一般設(shè)定為 18mA。其中，利用 PWM技術(shù)控制各 LED燈泡的亮度；利用系統(tǒng)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)彩燈色彩的變換；利用中斷轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)色彩狀態(tài)子程序的連續(xù)調(diào)用。 （ 2） PWM編程描述 以藍(lán)色 LED的控制為例，利用 c語言偽代碼描述 PWM的實(shí)現(xiàn)過程。 偽碼如下 ： Bool LED(void){ for(。 //清楚 10ms標(biāo)志 t2++。 T1狀態(tài)為系統(tǒng)保留，湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 16 它代表白色光。下圖 25表示的系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖則說明了若系統(tǒng)由 T1狀態(tài)開始，發(fā)生順序轉(zhuǎn)換的過程。各基色 LED燈泡是串行連接的，并且只需改變一種基色 LED燈泡的狀態(tài)便能實(shí)現(xiàn)色彩的變換，因此，系統(tǒng)計(jì)數(shù)器 CNT1和 CNT2只設(shè)立一組。 （ 5） 本系統(tǒng)采用了 EM78P153型號(hào)的單片機(jī)，用來檢測(cè)交流信號(hào)，產(chǎn)生色彩變 化的 PWM信號(hào)輸出。 TCC：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器輸入腳，施密特觸發(fā) 輸入，當(dāng)該腳不用時(shí)，必須接地或 VCC /INT：外部中斷輸入腳，下降沿出發(fā)中斷 OSCI：晶體振蕩器的輸入腳。 本系統(tǒng)中單片機(jī)的外部接線和端口接線較為簡(jiǎn)單， 其詳細(xì)的端口的定義 如圖 24所示。具體電路圖如圖 31所示： 圖 31 系統(tǒng)電路圖 系統(tǒng)電源 本系統(tǒng)中的彩燈要求電路體積較小，且直接利用 220v的市電供電。在電容降壓回路上，串聯(lián)一個(gè) 300Ω的電阻，主要防止上電時(shí)大電流的沖擊。）這樣連接的目的是當(dāng)很多燈泡同時(shí)變化時(shí) ，可以起到同步的作用。交流檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)過程，首先保存 I/O口的初始狀態(tài)，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)利用時(shí)鐘脈沖間隔不斷檢測(cè) I/O的狀態(tài)，如果狀態(tài)發(fā)生改變，則發(fā)生交流過零。 （ 2）函數(shù)實(shí)現(xiàn)描述 如圖 31所示， P60//INT是單片機(jī)的 I/O口，用它連接交流檢測(cè)電路。 If(s0==!s1) //s0為交流輸入初始狀態(tài)值； s1為當(dāng)前狀態(tài)值 { .s0=s1。 //過零標(biāo)志置 0 Return Ac_flag。 湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 23 第 4章 彩燈軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 編程語言的選擇 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分工，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，下一步工作就是應(yīng)用系統(tǒng)的軟件編制。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能具有比較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)為了節(jié)約成本，提高其性價(jià)比。 （ a）系統(tǒng)主流程 （ b）狀態(tài)內(nèi)部程序流程 圖 41 系統(tǒng)流程圖 湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 24 系統(tǒng)總流程 由系統(tǒng)流程圖 41（ a）可以看出，系統(tǒng)加電后首先完成初始化過程，給內(nèi)部寄存器賦值，然后從單片機(jī)外部讀入各參數(shù)值和用戶設(shè)定值。 單片機(jī)上電后，主函數(shù)模塊將調(diào)用 CALL指令進(jìn)入初始 化函數(shù)模塊，初始化工作包括 4個(gè)方面： 1. 定義全部寄存器和單片機(jī)端口。 （ 2）完成初始化后，系統(tǒng)讀取外部狀態(tài)，初始變化周期并散轉(zhuǎn)至各狀態(tài)分支程序。 系統(tǒng)總共定義了 8種狀態(tài)，分別實(shí)現(xiàn)了不同的顏色變化。 狀態(tài) 3：紅色 LED燈泡漸暗 湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 25 進(jìn)入狀態(tài) 3之前，紅色和綠色 LED燈泡亮度達(dá)到最大值，藍(lán)色 LED燈泡熄滅，彩燈呈現(xiàn)黃色；進(jìn)入狀態(tài) 3之后，系統(tǒng)將逐漸熄滅紅色燈泡，而綠色 LED燈泡保持亮度，最終紅色 LED燈泡熄滅。 狀態(tài) 5：綠色 LED燈泡漸暗 進(jìn)入狀態(tài) 5之前，藍(lán)色和綠色 LED燈泡亮度達(dá)到最大值，紅色 LED燈泡保持熄滅態(tài)，彩燈呈現(xiàn)青色；進(jìn)入狀態(tài) 5之后，系統(tǒng)將逐漸熄滅綠色 LED燈泡，藍(lán)色 LED燈泡保持亮度，而紅色 LED燈泡保持熄滅態(tài)，最終綠色 LED燈泡熄滅。 狀態(tài) 7：藍(lán)色 LED燈泡漸暗 進(jìn)入狀態(tài) 7之前，藍(lán)色和紅色 LED燈泡亮度達(dá)到最大值，綠色 LED燈泡保持熄滅態(tài)，彩燈呈現(xiàn)紫色；進(jìn)入狀態(tài) 7之后，系統(tǒng)將逐漸熄滅藍(lán)色 LED燈泡，紅色 LED燈泡保持亮度，而綠色 LED燈泡保持熄滅態(tài)，最終藍(lán)色 LED燈泡熄滅。 （ 4）完成單個(gè)狀態(tài)的執(zhí)行，按照系統(tǒng)流程順序跳轉(zhuǎn)至下一狀態(tài)，不斷循環(huán)。 狀態(tài)內(nèi)部流程描述如下： i. 進(jìn)入狀態(tài)內(nèi)部流程后，用于 PWM調(diào)制的片內(nèi)計(jì)數(shù)器 CNT1計(jì)數(shù)器開始增加。 iii. 比較 CNT1和 CNT2的計(jì)數(shù)值，如果 CNT1大于 CNT2，該狀態(tài)的目標(biāo) LED燈泡將被點(diǎn)亮；如果