【文章內(nèi)容簡介】 可編程上拉和漏極開路 I/O管腳 P6x。 ? 6個可編程下拉管腳。 LED燈泡一般選用高亮 LED，由于紅色 LED的亮度相對較弱，所以藍(lán)色和綠色LED比紅色少一個。正常工作狀態(tài)下，綠色和藍(lán)色 LED的工作電壓為 ，而紅色 LED的工作電壓為 。紅、綠、藍(lán) 3種 LED的工作電流相同，一般設(shè)定為 18mA。 由電路原理圖 23可知，單片機(jī)利用 I/O口直接驅(qū)動和控制基色 LED燈泡，并采用PWM波形調(diào)節(jié)脈沖寬度，從而改變 LED的占空比，使其平均工作電壓發(fā)生變化，調(diào)節(jié)基色 LED的亮度。這樣，彩燈內(nèi)部的 3種基色 LED即可混色出不同的色彩。 系統(tǒng)技術(shù)方案 本方案中的技術(shù)方案包括 PWM實現(xiàn)技術(shù)、系統(tǒng) 計數(shù)器的使用和系統(tǒng)中斷轉(zhuǎn)換。其中，利用 PWM技術(shù)控制各 LED燈泡的亮度；利用系統(tǒng)計數(shù)器實現(xiàn)彩燈色彩的變換；利用中斷轉(zhuǎn)換實現(xiàn)色彩狀態(tài)子程序的連續(xù)調(diào)用。 （ 1） PWM實現(xiàn)技術(shù) PWM調(diào)制是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵之一，在次采用兩個計數(shù) /計時器，通過比較它們的狀態(tài)來調(diào)節(jié)基色 LED的亮度。設(shè)兩個計數(shù)器的范圍均為 0~256，記為 CNT1和CNT2，他們向上生長的速度（計數(shù)器累加的速度）快慢不一： CNT1快速的向上計數(shù)，計到 256后又開始從 0計數(shù)； CNT2則每 10ms向上計數(shù)一次。如果 CNT1的值小于 CNT2，則輸出高電平 ，點亮基色 LED；如果 CNT1的值大于 CNT2，則輸出低電平，基色 LED熄滅；如果兩個計數(shù)器都從 0開始變化，則單片機(jī)控制平均電壓從大到小變化， CNT2湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 15 計數(shù)滿一次為 256*10ms=，即經(jīng)過 ，基色 LED由暗到亮變化。 （ 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的實現(xiàn)過程。 a) 函數(shù)功能描述 本函數(shù)利用 PWM調(diào)節(jié)單片機(jī) I/O口的波形，控制其輸出高 /低電平；根據(jù)相應(yīng)的輸出電平點亮 /熄滅 LED燈泡。 b) 函數(shù)實現(xiàn)描述 如上 系統(tǒng)電路原理圖 23所示， P51~P53是單片機(jī) 的 I/O口，它們連接基色 LED。本函數(shù)利用計數(shù)器狀態(tài)比較來實現(xiàn) PWM，函數(shù)沒有輸入，輸出， CNT1和 CNT2的初始狀態(tài)可進(jìn)行需要的相應(yīng)設(shè)置。 偽碼如下 ： Bool LED(void){ for(。t1++) { if(t1t2) red=1。 //點亮藍(lán)色 LED else red=0。 //熄滅藍(lán)色 LED } //flms為定時器中斷產(chǎn) 生的 10ms時間標(biāo)志 if(flms){ flms=0。 //清楚 10ms標(biāo)志 t2++。 //計數(shù)器 2加 1 if(t2=255) return 0。 // ， 返回 } return 1。 } （ 3） 系統(tǒng)中斷轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)可呈現(xiàn) 7種彩色燈光，分別對應(yīng)圖 21中 T2~T8狀態(tài)。 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）論文 16 它代表白色光。因此，系統(tǒng)主要由這 8種狀態(tài)的模塊組成，每一種狀態(tài)對應(yīng)于設(shè)定的中斷號 。當(dāng)彩燈的色彩發(fā)生變換時，一定會進(jìn)入某個中斷子程序，并且由此中斷的中斷點開始按順序進(jìn)入下一中斷子程序；否則，系統(tǒng)中斷不發(fā)生轉(zhuǎn)換，彩燈固定在一種色彩燈光下。 系統(tǒng)中斷轉(zhuǎn)換由主流程控制，主流程包括主程序模塊和各中斷模塊。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。 圖 25 系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換 各中斷模塊的程序?qū)崿F(xiàn)以及中斷實現(xiàn)由后面 T1~T8的程序?qū)崿F(xiàn)來進(jìn)行詳細(xì)的介紹。為了便于控制各中斷的執(zhí)行，使得每一次中斷調(diào)用能保證最終態(tài)的穩(wěn)定，在此湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 17 將中斷轉(zhuǎn)換嵌入至各中斷模塊內(nèi)部。如： T1至 T2的狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序代碼如下： JBS FLAG,DIRECT_F ；狀態(tài)是否跳轉(zhuǎn) JMP LOOP_T1 ；否！回到本狀態(tài) BC FLAG,DIRECT_F JMP LOOP_T20 ；進(jìn)入 T2，紅燈亮 LT1: BC PORT5,3 ；輸出，紅燈亮 JBS FLAG,DIRECT_F ；狀態(tài)是否跳轉(zhuǎn) JMP LOOP_T1 ；維持 T1 BC FLAG,DIRECT_F ；再次判斷跳轉(zhuǎn) （ 4） 系統(tǒng)計數(shù)器的使用方法 PWM的實現(xiàn)過程中使用了兩個計數(shù)器 CNT1和 CNT2，通過技術(shù)比較來判定 LED燈泡是否點亮：若 CNT1〈 CNTT2， LED燈泡由熄滅狀態(tài)進(jìn)入點亮狀態(tài)；若 CNT1〉CNT2， LED燈泡的狀態(tài)進(jìn)入熄滅狀態(tài)。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)便能實現(xiàn)色彩的變換，因此，系統(tǒng)計數(shù)器 CNT1和 CNT2只設(shè)立一組。如果當(dāng)前改變的是紅色 LED燈泡的亮度，那么綠色和藍(lán)色 LED燈泡的亮度保持原狀態(tài)不變。 系統(tǒng)計數(shù)器的另一個作用是控制色彩變換的頻率，它可以由系統(tǒng)的初值設(shè)定，也可以由用戶來設(shè)定。 系統(tǒng)計數(shù)器的實現(xiàn)代碼將在 。 （ 5） 本系統(tǒng)采用了 EM78P153型號的單片機(jī)，用來檢測交流信號，產(chǎn)生色彩變 化的 PWM信號輸出。 EM78P153內(nèi)部集成頻率可編程的 RC振蕩器和復(fù)位電路，大大減小了電路的體積，可使電路能夠容納在一個燈泡里面。 圖 26 EM78P153單片機(jī)外觀 湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 18 （ 6） EM78P153單片機(jī)的外觀如上圖 26，其管腳說明如下 /RST：人工復(fù)位信號輸入端 /施密特出發(fā)輸入，當(dāng)該腳保持低電平時單片機(jī)復(fù)位。不接地其他電路時，可將該腳接 VDD。 TCC：定時器 /計數(shù)器輸入腳，施密特觸發(fā) 輸入，當(dāng)該腳不用時，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。為單片機(jī)工作提供時鐘脈沖信號 OSCO：晶體振蕩器的輸出腳。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。 P60~P67： P60~P67為雙向 I/O端口。 本系統(tǒng)中單片機(jī)的外部接線和端口接線較為簡單， 其詳細(xì)的端口的定義 如圖 24所示。其中 P51接紅 LED， P52接綠色 LED， P53接藍(lán)色 LED。此外，系統(tǒng)還預(yù)留了用戶端口 P61~P67，它們連接了一個如下圖 27所示的撥碼裝置，用來設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài)值。 圖 27 撥碼裝置的連接 湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 19 第 3章 彩燈硬件設(shè)計實現(xiàn) 系統(tǒng)的實際布線包括 3個部分；單片機(jī)系統(tǒng)、電源電路和 LED控制。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。因此，電源部分要采用電容降壓、全橋整流，如圖 32所示。交流市電經(jīng)過 5v穩(wěn)壓管即可得到單片機(jī)所需的 5v直流工作電壓。在本系統(tǒng)設(shè)計中采用全橋整流，它提供的電流比半波整流電流 大 1倍。在電容降壓回路上，串聯(lián)一個 300Ω的電阻，主要防止上電時大電流的沖擊。 湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 20 交流檢測電路 圖 32 系統(tǒng)電源電路 此應(yīng)用不需要嚴(yán)格的過零檢測，所以如圖 31交流檢測電路利用一個 1MΩ的電阻與單片機(jī)的 I/O口連接，檢測交流過零。（從電路技術(shù)來說，利用弱電系統(tǒng)檢測交流強(qiáng)電的原理是利用晶振脈沖的上升沿和下降沿檢測此刻的交流電狀態(tài)。如果兩次采樣的交流點狀態(tài)沒有變化，那么此時沒有發(fā)生交流過零；如果兩次采樣的交流電狀態(tài)發(fā)生變化，那么一定發(fā)生交流過零。）這樣連接的目的是當(dāng)很多燈泡同時變化時 ，可以起到同步的作用。系統(tǒng)完全依靠單片機(jī)內(nèi)部的 RC振蕩器，由于它會受溫度的影響，一致性不好，長時間運(yùn)行會使色彩變化不一致，所以通過檢測同一交流電，能保證所有同時上電的彩燈同步變化。交流檢測電路連接了一個 F的電容，如圖 32所示的電容 C5，它能很好地起到抗干擾的作用。 單片機(jī)從外部電路得到交流電壓，并對其進(jìn)行交流過零檢測，這部分功能必須對單片機(jī)編程才能實現(xiàn)。交流檢測電路的實現(xiàn)過程，首先保存 I/O口的初始狀態(tài)，在系統(tǒng)運(yùn)行時利用時鐘脈沖間隔不斷檢測 I/O的狀態(tài)，如果狀態(tài)發(fā)生改變，則發(fā)生交流過零。為說明此 算法原理，在此利用 C語言偽代碼描述這一過程。 （ 1）函數(shù)功能描述 函數(shù) Dectec_Ac（）完成交流電的過零檢測。它的設(shè)計思路是利用函數(shù)的輸出狀湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 21 態(tài)確定是否交流過零。 （ 2）函數(shù)實現(xiàn)描述 如圖 31所示， P60//INT是單片機(jī)的 I/O口，用它連接交流檢測電路。本函數(shù)無輸入，函數(shù)輸出為交流過零檢測的結(jié)果： 1（ TRUE）表示交流過零； 0（ FALSE）表示交流電沒有過零。函數(shù)設(shè)計兩個交流的狀態(tài)值： s0為交流輸入初始狀態(tài)值； s1為當(dāng)前狀態(tài)值；執(zhí)行該函數(shù)時，只需要比較 s0和 s1的值即可。 實現(xiàn)偽代碼如下： Bool Dctect_Ac(void) { Bit Ac_flag。 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。//一次過零后，更改初始值，等待下一過零出現(xiàn) Ac_flag=TRUE。 //過零標(biāo)志置 1 Return Ac_flag。 } Ac_flag=FALSE。 //過零標(biāo)志置 0 Return Ac_flag。 } LED控制電路 LED控制電路如下圖 33所示： 湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 22 圖 33 LED控制電路 藍(lán)色 LED和綠色 LED由兩個三極管控制，當(dāng)與單片機(jī) I/O口連接的 NPN截止時，控制 LED的 PNP三極管也截止， LED導(dǎo)通點亮；相反，如果單片機(jī) I/O口輸出高電平，PNP三極管的基極電位為地， PNP三極管的基極電位為地， PNP的 CE極間導(dǎo)通，接在PNP間的 LED被短路、熄滅。兩個 PNP三極管間的電阻要選得恰當(dāng)，截止的時候要 求在電阻上產(chǎn)生的壓降小于幾個 LED的電亮電壓。 一般說來， PNP管和 NPN管的選取原則是：放大系數(shù)、截止特性曲線應(yīng)保證基本一致；盡量選擇同一廠家的產(chǎn)品；產(chǎn)品型號若能接近則最近。 湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 23 第 4章 彩燈軟件設(shè)計實現(xiàn) 編程語言的選擇 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的分工，硬件系統(tǒng)設(shè)計完成后，下一步工作就是應(yīng)用系統(tǒng)的軟件編制。所謂軟件，是指完成各種功能的計算機(jī)程序的綜合，如：操作、監(jiān)控、管理、控制、計算和自診斷程序等。所以軟件可以說是微機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件的指揮下協(xié)調(diào)和完成的。然而軟件是 由語言來實現(xiàn)的，且語言并非一種，按使用語言的類別來區(qū)分，語言大致可分為機(jī)器語言，匯編語言和高級語言 3種，所以選擇語言要視具體情況而定。 因為本設(shè)計要實現(xiàn)的功能具有比較強(qiáng)的實時性，同時為了節(jié)約成本，提高其性價比。又由單片機(jī)選型原則可知其要盡可能的利用自身所帶的資源，充分發(fā)揮自身的功能。考慮到匯編語言具有這兩方面的特性，所以在設(shè)計中我選擇了用匯編語言來實現(xiàn)軟件功能。 下圖 41所示是系統(tǒng)的總體流程以及各狀態(tài)內(nèi)的實現(xiàn)流程。 （ 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）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。完成上述初始化步驟后，系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)，由一個狀態(tài)進(jìn)入到另一個狀態(tài)。系統(tǒng)總共定義了 8種狀態(tài)，每進(jìn)到一個狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)代碼，這種狀態(tài)的連續(xù)變化就使得彩燈的色彩不斷變化。 系統(tǒng)總的流程描述如下： （ 1）單片機(jī)上電后，初始化寄存器。 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個方面： 1. 定義全部寄存器和單片機(jī)端口。 2. 初始化片內(nèi)寄存器和 P P6端口狀態(tài)。 3. 關(guān)閉中斷，初始化中斷標(biāo)志位。