基于單片機原理的彩燈控制器畢業(yè)設(shè)計說明書(編輯修改稿)
2024-07-24 23:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ：上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種，本系統(tǒng)設(shè)計采用按鍵電平復(fù)位，如圖22所示。按鍵電平復(fù)位是相當(dāng)于RST端通過電阻接高電平來實現(xiàn)單片機的復(fù)位。圖22 復(fù)位電路 時鐘電路單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩。本系統(tǒng)設(shè)計采用內(nèi)部振蕩方式，如圖23所示。MCS51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際使用中常采用這種方式。圖23 時鐘電路主控模塊：本設(shè)計用AT89C52作為主控模塊，用P10口作為信號口與驅(qū)動模塊相連。AT89C52單片機作為主控模塊，由C1, C2 和X1構(gòu)成振蕩器,引腳XTAL1 和XTAL2 分別是輸入端和輸出端。P1口的P10作為信號輸出，將控制程序燒入單片機上電后開始工作。 74HC595的引腳及功能 圖24 74HC595引腳圖Q0 Q1 Q7 15， 1， 7 并行數(shù)據(jù)輸出GND 8 地Q7 9 串行數(shù)據(jù)輸出MR 10 主復(fù)位（低電平）SHCP 11 移位寄存器時鐘輸入STCP 12 存儲寄存器時鐘輸入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。595移位寄存器有一個串行移位輸入（Ds），和一個串行輸出（Q7’）,和一個異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 驅(qū)動模塊本設(shè)計用74HC595作為驅(qū)動，有4個74HC595構(gòu)成驅(qū)動模塊，將單片機的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。DS作為數(shù)據(jù)口，SH_CP和ST_CP作為時鐘，第一個595的輸入端DS與P11口相連，第一個595輸出端與第二個595輸入端相連，直到連到最后一個。將輸出端與LED相連構(gòu)成驅(qū)動模塊。驅(qū)動模塊圖如圖25：圖25 驅(qū)動電路驅(qū)動模塊工作原理：本設(shè)計采用AT89C52的P10口輸出信號，P11和P12作為時鐘輸入，用了4個74HC595。上電后P10口輸出信號給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鐘輸入，都是上升沿有效。當(dāng)SH_CP從低到高電平跳變時，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，寄存器的數(shù)據(jù)置入鎖存器；清除端MR的低電平只對寄存器復(fù)位（Q7為低電平），而對鎖存器無影響。當(dāng)輸出允許控制E為高電平時，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，用軟件來實現(xiàn)寄存器清零；把SH_CP、ST_CP、MR三根線和單片機的PP1P12口相接，數(shù)據(jù)從DS口送入74HC595，在每個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個上升沿，數(shù)據(jù)開始從Q7移出。把第一個74HC595的Q7和第二個74HC595的DS相連，數(shù)據(jù)即移入第二個74HC595中，照此一個一個接下去，直到接到第4個。數(shù)據(jù)全部送完后，給ST_CP一個上升沿，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LED相連，LED就可以實現(xiàn)顯示了。 顯示模塊簡介顯示模塊有32個LED構(gòu)成，分成4行8列，每行8個，每列4個。，在接上電源。當(dāng)程序燒入單片機，上電后在595的驅(qū)動下按程序循環(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)動模塊，顯示模塊連接起來構(gòu)成控制器總圖。將程序燒入單片機，上電后，信號由P1口輸出送入595，在由595驅(qū)動顯示模塊按程序設(shè)定的模式循環(huán)顯示。如圖27： 圖27 彩燈控制器總圖圖第3章 軟件設(shè)計 語言選擇新型LED彩燈控制器最大特點在于所有亮燈模式均由軟件控制完成。本設(shè)計采用AT89C51單片機為主控芯片，所以程序?qū)崿F(xiàn)可以用匯編語言或C語言，也可以匯編和C混合使用。匯編語言有其一定的優(yōu)點，比如：能夠直接訪問與硬件相關(guān)的存儲器或I/O端口；能夠不受編譯器的限制，對生成的二進制代碼進行完全的控制；能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對代碼做最佳的優(yōu)化，提高運行速度；能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能；用匯編語言編寫的程序比用高級語言編寫的程序所要求的存儲空間與執(zhí)行時間將顯著減少等。但是匯編語言是一種層次非常低的語言，它僅僅高于直接手工編寫二進制的機器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點。比如：編寫的代碼非常難懂，不好維護；很容易產(chǎn)生Bug，難于調(diào)試；只能針對特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進行優(yōu)化；開發(fā)效率很低，時間長且單調(diào)。使用匯編語言編寫的程序，機器不能直接識別，要由一種程序?qū)R編語言翻譯成機器語言等。而C語言也有其缺點，主要是表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的封裝性上，這一點使得C在數(shù)據(jù)的安全性上做的有很大缺陷；C語言的語法限制不太嚴(yán)格，對變量的類型約束不嚴(yán)格，影響程序的安全性，對數(shù)組下標(biāo)越界不作檢查等。但是C語言簡潔緊湊、靈活方便 、運算符豐富、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富、C語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計自由度大、C語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進行操作、 C語言程序生成代碼質(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語言適用范圍大，可移植性好。由于本設(shè)計需要仿真調(diào)試，經(jīng)過綜合考慮，選用C語言編程實現(xiàn)對LED彩燈的控制。
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