【文章內(nèi)容簡介】 ..............18 南 昌 大 學 共 青 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 目錄 VI 附錄 A：元件清單 .................................................................................................19 附錄 B：節(jié)日彩燈控制器原理圖 ..........................................................................20 附錄 C:PCB 板圖以及仿真圖 ................................................................................21 附錄 D：實物圖 .....................................................................................................22 附錄 E:C 語言程序 .................................................................................................23 第一章 緒論 課題研究背景 單片機 是集成電路芯片，把計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上，俗稱微機 ，是計算機 領域 的一個重要分支。計算機 根據(jù)自身的性能 和應用， 尺寸大小，和使用 范圍等，將分為巨型機，電 腦主機，中型計算機，小型計算機和微型計算機，工作站，服務器等等，其中微型計算機不僅具有運算 速 度快，準確的特點，與其它計算機相比，還具有體積小，重量輕的優(yōu)點，低功耗，低價格，其中 個人計算機簡稱 PC（個人電腦） ，是一種在個人計算機應用最廣泛的，是近年來增長最快的一個分支。 PC 機在性能和價格 方面都有很大的優(yōu)勢 ，目前，它像是一個普通的家用電器 一樣融入到家庭和社會的各個方面 。 單片機又是 計算機的一個分支， 隨著技術的不斷更新和發(fā)展，如今單片機的應用也越來越廣，并已近成為一門關鍵的的技術性學科。 單片機的各功能都集中在芯 片當中，其中有 RAM,ROM,I/O 等接口，也具有定時器和計數(shù)器功能。 單片機 還 具有一些 比較 突出的優(yōu)點：體積 較 小， 集成度高，重量輕，攜帶方便，低電壓 ， 低功耗，控制功能強，性價比高，運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高，現(xiàn)如今在 家電 應用 、工業(yè) 自動化 控制、儀器儀表、汽車 和玩具 等 等產(chǎn)品中都可以看到單片機的身影，可以說單片機無時不在我們身邊和生活當中。 課題研究意義 彩燈在現(xiàn)在的日常生活中，應用很廣泛，特別是在城市中，夜晚就離不開彩燈的生活，日常生活中我們看到的電子廣告牌、 KTV 音樂場所、交通指示牌和生活中的小玩具等等都有彩燈 的應用。 而單片機控制的彩燈系統(tǒng)更是把彩燈的優(yōu)點應用發(fā)揮到極致，所以研究基于單片機的節(jié)日彩燈控制器的意義重大，也是我們學習單片機很好的設計課程。 南 昌 大 學 共 青 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 第 一 章 緒論 2 課題研究任務 開發(fā)一個單片機自動控制系統(tǒng)，利用 AT89S52 單片機和外部電路組成了一個單片機系統(tǒng)，然后利用 C 語言編寫程序控制十六 個 LED 燈的亮 滅 和循環(huán)控制，形成花樣彩 燈， 設計過程中 主要包括電源部分、控制電路部分，顯示部分，軟件程序部分等。 南昌大學共青學院畢業(yè)設計（論文） 第二章 方案設計 3 第二章 方案設計 方案比較 Cpu Led 燈 方案一 At89c51 八個 led 方案二 At89c52 十六個 led 方案選擇 根據(jù)上兩個方案來看，方案一雖然簡單，但是用的 led 比較少，不夠實際生活中選用。而且芯片的 flash 比方案二的小，不利于大的程序編寫，所以我選擇了方案二。 主芯片介紹 AT89S52 介紹 AT89S52 是一款由 Atmel 公司生產(chǎn)的， 性能 高可編程的 CMOS8 位低功耗微型控制器 ， 擁有 8位 CPU 和可系統(tǒng)編程的 Flash。 AT89S52 主要功能 ： 擁有 的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash 自帶 時鐘振蕩器 ，工作頻率最高可達到 24MHZ 內(nèi)部程序存儲器（ ROM）為 8KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 256 字節(jié) 32 個可編程 I/O 口線 8 個中斷向量源 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 三級加密程序存儲器 南昌大學共青學院畢業(yè)設計（論文） 第二章 方案設計 4 全雙工 UART 串行通道 AT89S52 各引腳功能 AT89S52 有 40個引腳如圖 所示： 圖 AT89S52 引腳圖 VCC： 電源 輸入 端 ，接 +5V。 VSS： 電源 接 地端。 XTAL1： 單 片 機 系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端 口 。 XTAL2： 系統(tǒng)時鐘的反相放大器 的 輸出端 口。 RESET： AT89S52 的 引腳復位 ， 當 需要對 芯片復位 時 ， 只需要該引腳電平達到高電 平并維持兩機器周期 ，就可以對芯片進行復位了。 EA/VPP:： “ EA” 存取外部程序代碼，當引 腳 接入 低 電平后 ，系統(tǒng)將使用外部 程序 代碼南昌大學共青學院畢業(yè)設計（論文） 第二章 方案設計 5 來 執(zhí)行程序。 ALE/ PROG： 表示地址鎖存 器的啟動 信號。 PSEN： 讀取外部存儲器的使用端口。 PORT0（ ~ ）： 端口 P0是一個 8位 寬的涉極 雙輸入和輸出端口， 共有 8個位寬。 PORT2（ ~ 口 ）： P2 端口是 8 位 雙向 I / O 端口，每個引腳可驅動 4 TTL 邏輯電平。 PORT1（ 端口 ~ ）： P1 端口是雙向的 I/O 端口，當 P1端口為高電平，則當做輸入端使用。 PORT3（ 端口 ~ ）： 端口 3 也是 內(nèi)部 具有上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 端口 ， 同時還有許多工具和其他特殊功能，包括串口通信，外部中斷控制功能， 讀寫控制，定時控制和外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容計數(shù)。 RST：復位 端口輸入，但 RST 腳 必須保持兩個機器周期內(nèi)是高電平狀態(tài)。 ALE/PROG:當 系統(tǒng)讀取外 存儲器時，地址鎖存允許輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 PSEN：外部程序存儲器的選通 信號，低電平有效。 EA/VPP:當外部訪問時， /EA 必須與 GND 連接，保持 低 電平 ， 才能夠有效傳輸外部數(shù)，據(jù)存 儲器（ 0000hffffh） 的單元指令。如果加密位 1被 加密， 復位時 /EA將 自動鎖存 ；當 /EA 端連接高電平 ， 則使用 內(nèi)部程序存儲器 功能 。 XTAL1：振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘工作電路的輸入 端 。 XTAL2：振蕩器反向放大器的 輸出 端口 。 南昌大學共青學院畢業(yè)設計（論文） 第三章 基本設計原理 6 第三章 基本 設計 原理 總體設計思路 使用 AT89S52 單片機 設計一個 彩燈 控制器， 加上 C 語言程序，來控制十六個LED 燈的亮滅和循環(huán)，本設計需要用到顯示電路部分，電源電路部分，時鐘電路，復位電路，來控制 LED 燈 的亮滅和循環(huán)。 總設計框圖 采用 AT89S52 設計的系統(tǒng)框圖如圖 圖 基于 AT89S52 單片機設計的彩燈控制器 設計 實施 步奏 （ 1）根據(jù)設計要求畫出電路圖，要求電路圖簡潔，合理。 （ 2）根據(jù)實驗現(xiàn)象編寫出合適的 C 語言程序， C語言程序要求能實現(xiàn)各功能，不能太繁瑣。 （ 3）用仿真軟件對其進行仿真，分析其結果是否與設計要求一致。 （ 4）制作 PCB板，購買元器件可進行實物焊接，焊接的過程中需格外細心避免損壞電路板和電子元器件。 （ 5）實物制作完成，進行檢驗和調(diào)試。 （ 6）設計制作完成。 南昌大學共青學院畢業(yè)設計（論文） 第四章 電路模塊設計 7 第四章 電路 模塊 設計 電源電路的設計 本 課題中單片機正常工作要求輸入 電壓為穩(wěn)定的 5V，所以我采用 USB 接口 供電 ，提供穩(wěn)定的 5V電壓，使用起來也方便。 時鐘電路 時鐘電路是單片機的核心部位 ， 相當于人體的心臟功能，它為整個單片機系統(tǒng)提供動力，它控制著單片機的工作快慢 ， 沒有時鐘電路的產(chǎn)生來驅動單片機，單片機是無法工作的。 AT89S52 可以 通過兩種方式 來產(chǎn)生時鐘信號 ：一 種 是 內(nèi)部方式 ， 芯片內(nèi)部電路產(chǎn)生振蕩電路 ， 從而 時鐘信號的產(chǎn)生；另一個是外在的形式，通過 外部電路 對時鐘信號的引入。 本 課程 設計 是應用 AT89s52 的內(nèi)部時鐘方式，其 芯片 內(nèi)部 當中 有一個高增益反相放大器， 構成振蕩器， 引腳 XTL1 和 XTL2 分別為 放大器的輸入端 口和輸出端口，該放大器與做為反饋元件的晶振共同構成自激振蕩器。如圖 所示： 圖 時鐘電路圖 我所設計的時鐘 電路 是采用了 石英晶體 Y1 和電容 C C2 組成的 一個 并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇 12MHZ，電容選擇 30pu，電容的大小起 到 頻率微調(diào)的作用。 南昌大學共青學院畢業(yè)設計（論文） 第四章 電路模塊設計 8 復位電路 單 片機中擁有多種復位電路，本設計采用電平式復位和上電式復位方式，如圖 所示： 圖 復位電路圖 當通 電時 C5 電容 相當于短路 了 ，使單片機復位， 當 C5 電容充滿電后， C5 電容相當于開路，單片機不會自動復位，當穩(wěn)定在正常的工作模式下后 ，按下復位鍵 S1，把 C5電容短路，則 是單片機復位。 顯示電路部分 顯示部分主要是由十六個 LED 組成，十六 個 LED 分別接入 P10~P17,和 P30~P37接口 ,如圖 圖 顯示電路圖 通過軟件控制 P10~P17 和 P30~P37 的各個引腳的高低電平，從而控制 LED 二極管的亮滅， 加上時間上的關系，形成花樣彩燈。 南昌大學共青學院畢業(yè)設計（論文） 第五章 軟件系統(tǒng)設計 9 第五章 軟件系統(tǒng)設計 軟件介紹 軟件是單片機應用系統(tǒng)不可分割的一部分，一個單片機硬件系統(tǒng)，必要要有軟件來驅動它，單片機才能工作。軟件就相當于單片機的大腦，指示單片機工作，等我們把電路板焊接好，發(fā)現(xiàn)看不到彩燈循環(huán)點亮的現(xiàn)象，這個時候就是單片機缺少思想，這時候我們就需要用軟件來指示單片機，來給單片機傳遞思想，軟件可以 控制 單片機引腳的高低電平，來控制 發(fā)光二極管 的亮和滅。軟件程序對于單片機來說，相當于單片機的大腦，單片機的靈魂部分，控制著單片機的運行，是單片機的重要組成部分，也是單片機學習的難點。 程序部分可以使用匯編語言也可以使用 C 語言來編寫，由于 C 語言比較通俗易懂，實現(xiàn)起來比較簡單，所以我采用的是 C 語言程序。這次課程設計任務要求至少 控制 八個以上的 LED 彩燈，形成成各種各樣的花形，能夠循環(huán)變換 。 南昌大學共青學院畢業(yè)設計（論文） 第五章 軟件系統(tǒng)設計 10 程序的 框圖 以及部分軟件程序介紹 軟件的主程序框圖如圖 所示 圖 軟件程序框圖 南昌大學共青學院畢業(yè)設計（論文） 第五章 軟件系統(tǒng)設計 11 部分彩燈循環(huán)程序如下 ： 各燈全亮程序 ledh=0x00。 ledl=0x00。 delay(2020)。 間隔閃光程序如下：