基于單片機(jī)的彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-17 12:36 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （低電平）SHCP 11 移位寄存器時(shí)鐘輸入STCP 12 存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入OE 13 輸出有效（低電平）DS 14 串行數(shù)據(jù)輸入VCC 16 電源74HC595主要特性:8位串行輸入 /8位串行或并行輸出 存儲(chǔ)狀態(tài)寄存器，三種狀態(tài)輸出寄存器可以直接清除100MHz的移位頻率。并行輸出，總線驅(qū)動(dòng)。595移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7’）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 驅(qū)動(dòng)模塊本設(shè)計(jì)用74HC595作為驅(qū)動(dòng)，有4個(gè)74HC595構(gòu)成驅(qū)動(dòng)模塊，將單片機(jī)的P10,P11,P13,P12口分別與595的SH_CP，DS，ST_CP，MR相連，并注上相應(yīng)標(biāo)號(hào)。DS作為數(shù)據(jù)口，SH_CP和ST_CP作為時(shí)鐘，第一個(gè)595的輸入端DS與P11口相連，第一個(gè)595輸出端與第二個(gè)595輸入端相連，直到連到最后一個(gè)。將輸出端與LED相連構(gòu)成驅(qū)動(dòng)模塊。驅(qū)動(dòng)模塊圖如圖25：圖25 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)模塊工作原理：本設(shè)計(jì)采用AT89C52的P10口輸出信號(hào)，P11和P12作為時(shí)鐘輸入，用了4個(gè)74HC595。上電后P10口輸出信號(hào)給595，74HC595是含8位串入、串/并出移位寄存器和8位三態(tài)輸出鎖存器。寄存器和鎖存器都有自己的時(shí)鐘輸入，都是上升沿有效。當(dāng)SH_CP從低到高電平跳變時(shí)，串行輸入數(shù)據(jù)移入寄存器；當(dāng)ST_CP從低到高電平跳變時(shí)，寄存器的數(shù)據(jù)置入鎖存器；清除端MR的低電平只對(duì)寄存器復(fù)位（Q7為低電平），而對(duì)鎖存器無(wú)影響。當(dāng)輸出允許控制E為高電平時(shí)，并行輸出（O0O7）為高阻態(tài)，而串行輸出（Q7）不受影響。74HC595最多只需要5根控制線，即SH_CP、DS、ST_CP、MR和E。其中MR可以直接接到高電平，用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)寄存器清零；把SH_CP、ST_CP、MR三根線和單片機(jī)的PP1P12口相接，數(shù)據(jù)從DS口送入74HC595，在每個(gè)SH_CP的上升沿，DS口上的數(shù)據(jù)移入寄存器，在SH_CPMR的第9個(gè)上升沿，數(shù)據(jù)開(kāi)始從Q7移出。把第一個(gè)74HC595的Q7和第二個(gè)74HC595的DS相連，數(shù)據(jù)即移入第二個(gè)74HC595中，照此一個(gè)一個(gè)接下去，直到接到第4個(gè)。數(shù)據(jù)全部送完后，給ST_CP一個(gè)上升沿，寄存器中的數(shù)據(jù)置入鎖存器。如果E為低電平，數(shù)據(jù)即從并口O0O7輸出，把O0O7與八個(gè)LED相連，LED就可以實(shí)現(xiàn)顯示了。 顯示模塊簡(jiǎn)介顯示模塊有32個(gè)LED構(gòu)成，分成4行8列，每行8個(gè)，每列4個(gè)。，在接上電源。當(dāng)程序燒入單片機(jī)，上電后在595的驅(qū)動(dòng)下按程序循環(huán)顯示。如圖26：圖 26 LED顯示電路 彩燈控制器總圖將主控模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊連接起來(lái)構(gòu)成控制器總圖。將程序燒入單片機(jī)，上電后，信號(hào)由P1口輸出送入595，在由595驅(qū)動(dòng)顯示模塊按程序設(shè)定的模式循環(huán)顯示。如圖27： 圖27 彩燈控制器總圖第3章 軟件設(shè)計(jì) 語(yǔ)言選擇新型LED彩燈控制器最大特點(diǎn)在于所有亮燈模式均由軟件控制完成。本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為主控芯片，所以程序?qū)崿F(xiàn)可以用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言，也可以匯編和C混合使用。匯編語(yǔ)言有其一定的優(yōu)點(diǎn)，比如：能夠直接訪問(wèn)與硬件相關(guān)的存儲(chǔ)器或I/O端口；能夠不受編譯器的限制，對(duì)生成的二進(jìn)制代碼進(jìn)行完全的控制；能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對(duì)代碼做最佳的優(yōu)化，提高運(yùn)行速度；能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能；用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序比用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序所要求的存儲(chǔ)空間與執(zhí)行時(shí)間將顯著減少等。但是匯編語(yǔ)言是一種層次非常低的語(yǔ)言，它僅僅高于直接手工編寫(xiě)二進(jìn)制的機(jī)器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點(diǎn)。比如：編寫(xiě)的代碼非常難懂，不好維護(hù)；很容易產(chǎn)生Bug，難于調(diào)試；只能針對(duì)特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進(jìn)行優(yōu)化；開(kāi)發(fā)效率很低，時(shí)間長(zhǎng)且單調(diào)。使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，機(jī)器不能直接識(shí)別，要由一種程序?qū)R編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言等。而C語(yǔ)言也有其缺點(diǎn)，主要是表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的封裝性上，這一點(diǎn)使得C在數(shù)據(jù)的安全性上做的有很大缺陷；C語(yǔ)言的語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，對(duì)變量的類型約束不嚴(yán)格，影響程序的安全性，對(duì)數(shù)組下標(biāo)越界不作檢查等。但是C語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便 、運(yùn)算符豐富、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富、C語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大、C語(yǔ)言允許直接訪問(wèn)物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作、 C語(yǔ)言程序生成代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高，一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低10へ20%， C語(yǔ)言適用范圍大，可移植性好。由于本設(shè)計(jì)需要仿真調(diào)試，經(jīng)過(guò)綜合考慮，選用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)對(duì)LED彩燈的控制。 程序功能說(shuō)明LED彩燈控制器所有亮燈模式均由軟件控制完成。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。整個(gè)系統(tǒng)軟件由主程序（Main）、各個(gè)模式子程序（Model_i）、顯示子程序（Display）等程序組成。根據(jù)模式需要計(jì)算好各控制信號(hào)的發(fā)生時(shí)刻，根據(jù)不同的模式Mo del_i可以設(shè)定不同的工作時(shí)間Ti通過(guò)P1口輸出，使LED彩燈按照設(shè)計(jì)的模式工作。亮燈模式子程序Model_i可以編寫(xiě)若干(n種)，只要控制好各色燈觸發(fā)和熄滅時(shí)刻就可以組合成各種亮燈效果。本設(shè)計(jì)的功能是通過(guò)改變LED亮滅方式使彩燈輪流顯示，上電后在缺省狀態(tài)順序調(diào)用Model_i花樣亮燈模式，由從右到左同步依次點(diǎn)亮→兩列一組從右到左同步依次點(diǎn)亮→6，7，8列點(diǎn)亮→2，3，4列點(diǎn)亮→右4列亮左4列滅→右四列滅左4
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