根据单片机控制的节日彩灯控制课程教学设计.doc

-/ 课 程 设 计 题 目 基于51单片机的节日彩灯设计 学 院 物流工程学院 专 业 物流工程 班 级 姓 名 同 组 者 指导教师 月 日 附件2： 课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 物流工程 __ 题 目: 单片机节日彩灯控制器 初始条件： 1. Protues 7 professional的ISIS 7 professional和ARES 7 professional软件 2. Keil uvision4软件 3.单片机的相关资料指导书 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 设计一个节日彩灯控制器,实现不同的闪烁方式,要求: (1)P3.3: 开始,按此键则灯开始流动（由上而下）； (2)P3.2: 停止,按此键则停止流动,所有灯为暗； (3)P3.1: 上,按此键则灯由上向下流动； (4)P3.0: 下,按此键则灯由下向上流动。 时间安排：十八周到十九周设计，十九周答辩 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 附件3： 武汉理工大学课程设计教学检查记录表 课程设计名称 设计周数 检查日期 课程设计指导教师 进行方式：集中□分散□.地点 检 查 项 目 检 查 结 果 好 一般 不理想 差 课程设计选题适当程度 学生数与指导教师数配比 （15名学生/教师 好； >=20名/教师 一般； >=30名学生/教师不理想；>40名学生/教师 差） 指导教师到位情况 学生课程设计完成进度及质量 对学生课程设计日常管理（出勤考核）措施及执行情况 课程设计秩序 综合意见： 检查人 附件6： 本科生课程设计成绩评定表 姓 名 陈文超 性 别 男 专业、班级 物流工程学院行政1001班 课程设计题目：基于51单片机的交通灯设计 课程设计答辩或质疑记录： 1． 选题合理、目的明确 10分 2． 设计方案正确，具有可行性、创新性 20分 3． 设计结果 20分 4． 态度认真、学习刻苦、遵守纪律 15分 5． 设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇） 10分 6. 答辩 25分 成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日 目录 摘要 1 1 设计任务 2 2 总体方案设计与论证 3 2.1 方案比较 3 2.2 方案论证 4 2.3 方案选择 4 3 系统硬件设计 5 3.2 单片机最小系统设计 5 3.3 LED彩灯显示电路设计 6 3.4 按键控制电路设计 6 4 系统的软件设计 8 4.1 按键扫描子程序设计 8 4.2 主程序设计 8 参考文献 11 摘要 彩灯是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。新中国成立后，彩灯艺术得到了更大的发展，特别是随着我国科学技术的发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出。而随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多节日的气氛里可以看到彩色霓虹灯，这种LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用。其将电子、建筑、机械、遥控、声学、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一。在当今的社会里，彩灯已经成为我们生活的一部分，能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的生活。 新型LED彩灯系统包括两大部分，即LED彩灯控制器（89C51主控模块）和LED彩灯管（管内LED板模块）。彩灯控制器是主控模块，具有按键、显示等功能，并利用89C51的P口输出控制信号；彩灯管是受控模块，上面焊有三色LED彩灯和信号驱动芯片，模块置于LED的透明管内。该LED彩灯控制器是一种基于AT89C51单片机的彩灯控制器，实现对LED彩灯的控制。其以AT89C51单片机作为主控核心，与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块。如果稍微改动控制电路，就可以改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。 1 设计任务 1.1设计目的 1、通过单片机课程设计，熟练掌握汇编语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。 2、通过节日彩灯控制系统的设计，掌握简单程序的编写以及硬件选择的能力，最终提高我们的逻辑抽象能力。 1.2设计内容和要求 内容：设计一个彩灯控制器 要求：(1)P3.3: 开始,按此键则灯开始流动（由上而下）； (2)P3.2: 停止,按此键则停止流动,所有灯为暗； (3)P3.1: 上,按此键则灯由上向下流动； (4)P3.0: 下,按此键则灯由下向上流动。 1.3 设计思路 1.先熟悉单片机控制原理，明确选题要求。 2.给出多种方案，并选择一个最优方案来完成彩灯的点亮。 3.绘制电路原理图，编写程序，并进行仿真，实现节日彩灯的功能。 2 总体方案设计与论证 通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。 2.1 方案比较 彩灯控制器大致可分为两种方案实现。一种是利用电子电路装置控制，另一种是采用单片机控制。 2.1.1 方案一 根据设计任务要求介绍的彩灯控制电路的基本组成，可以确定彩灯控制器应由振荡电路、计数/时序分配电路、移位位寄存器和彩灯显示五部分组成。其框图如图2-1所示。 振荡电路 控制电路 译码器 LED显示电路 计数器 图2-1 方案一的原理框图 2.1.2 方案二 本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设计，来达到本设计的要求。其硬件构成框图如图2-2所示，以单片机为核心控制，由单片机最小系统（时钟电路、复位电路、电源）、按键控制电路、LED发光二极管组成。 按键控制电路 时钟 电路 AT89C51单片机 LED 彩灯 复位 电路 图2-2 方案二的原理框图 方案二：此设计方案中单片机的P3口接4路按键控制电路，实现彩灯花型的切换功能；单片机上的P1口接8路LED发光二极管组成彩灯电路，显示彩灯循环情况。 2.2 方案论证 如果采用方案一，利用电子电路装置控制，其电路不是很复杂，制作相对较容易点，成本也相对较低，但可调性差，亮灯模式少而且样式单调，达不到设计任务要求或实现困难。而采用方案二，以单片机控制其优点是电路集成度高，工作原理简单，清晰明了，自定义编程，控制的图案花样多，移植性好等。 2.3 方案选择 综上，显然方案二各方面优越于方案一，以及为了体现专业优势，本次设计采用第二种方案。 -/ 3 系统硬件设计 为使该LED节日彩灯控制系统具有更加好的方便性和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括直流稳压电源电路、单片机最小系统、LED彩灯显示电路、按键控制电路以及串口电路五大模块。 3.2 单片机最小系统设计 要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。单片机最小系统如图3-1所示。 时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。 复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。电路如图3-1所示。 图3-1单片机最小系统 3.3 LED彩灯显示电路设计 LED彩灯显示电路实际上是由8个发光二极管和8个电阻构成的电路。发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应的P1口上。通过软件编程对P2口输出高低电平来实现不同的闪烁花型。由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上，另外，他的工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA，电阻选择范围100欧姆～3千欧姆在此我们这里选用1k欧姆的电阻。如图3-2所示。 图3-2 LED彩灯显示电路 3.4 按键控制电路设计 按键控制电路是由6个按键开关构成的。他们分别接在单片机AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1—Key5接在P1.0—P1.4,Key6接在P3.7上。为了一对一的控制LED灯的闪烁方式。当按下开关Key1时, LED彩灯系统闪烁第一种彩灯花型。当按下开关Key2时, LED灯系统闪烁第二种闪烁方式，以此类推。当闭合Key6时，彩灯闪烁节拍变慢。如图3-3所示。总体设计电路如图3-4所示。 图3-3按键电路 图3-4 总体设计电路 4 系统的软件设计 单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能看到多控制、多闪烁方式的LED彩灯系统循环点亮的现象，我们还需要告诉单片机怎么样进行控制，即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的明灭。软件编程是多控制、多闪烁方式的LED彩灯系统中的一个重要的组成部分，是本设计的重点和难点。下面,我将阐述多控制、多闪烁方式的LED彩灯系统是如何实现8个LED彩灯的循环点亮，来介绍实现流水彩灯控制的软件编程方法。 4.1 按键扫描子程序设计 本设计是以单片机AT89C51为核心控制8个发光二极管4种闪烁方式的变换。程序启动时跳转到键盘判断模块程序中，循环检测直到有按键按下的时候，程序转去相对应按键的彩灯显示的花型模块。 4.2 主程序设计 程序启动时跳转到键盘判断模块程序中，此程序里面包含4个按键的情况判断，循环检测直到有按键按下的时候，程序转去相对应按键的彩灯显示的花型模块。 org 00h jmp start start: mov p3,#0ffh jnb p3.3,button4 sjmp start button3: mov p1,#0ffh sjmp start button4 : mov p1,#0feh lcall delay loop: mov a,p1 rl a mov p1,a lcall delay jnb p3.2,button3 jnb p3.1,button4 jnb p3.0,button1 sjmp loop button1: mov p1,#7fh lcall delay lop: mov a,p1 rr a mov p1,a lcall delay jnb p3.2,button3 jnb p3.1,button4 sjmp lop delay: mov r6,#200 loop2: mov r7,#250 loop1: nop nop djnz r7,loop1 djnz r6,loop2 ret end 5 课程设计总结 在不断学习中，终于完成了课程设计任务。通过本设计锻炼了我们的实践能力，也是对以后我们实际工作能力的训练和考察过程。现在是一个高科技的时代，单片机的应用无处不在，这更坚定了我要学好单片机的决心。 本设计本身就比较简单，整个设计的过程中每一步都是自己亲自做过的，在经过遇到问题，思索问题到解决问题的过程中，就连向别人请教的过程也是一种收获，收获是最多的。以往没有注意到的问题，都在这一次的课程设计中得以体现，这培养了我的细心，耐心和专心。我觉得能够在这次的课程设计中学到很多的东西，以往不注意的细节，在这一次中是必须让自己去注意的。也是我这所学到知识的一个体现。我深深知道，每一次的学习实践环节都是那么的来之不易，都是通过老师的深思熟虑后，才给我们定下目标。然后让我们在知识的海洋里翱翔，让我们随着年龄的增长不断的扩充自己的知识领域，也逐渐成熟，逐渐长大，老师同时也教导我们逐渐成为一个能够为身边的人，为家庭，为国家做出点点贡献的人，教导我们学会感恩。所以，我在这次的课程设计中，认真对待每一个过程，希望自己的认真，自己最后的课程设计的成果能够回报老师教导。 参考文献 [1] 马秀娟.电工电子实践教程[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.157-160. [2] 吕曙东、孙宏国.电工电子实验技术[M].南京：东南大学出版社，2004.196-198. [3] 褚南峰.电工技术试验及课程设计[M].北京：中国电力出版社，2005.166-168. [4] 郭永贞.电子技术试验与课程设计指导模拟电路分册[M].南京：东南大学出版社，2004.34-39. [5] 康华光.电子技术基础[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.2-510. [6] 西华大学老师.电子技术试验指导书[M].成都：西华大学电工电子试验实习中心，2009.105-188. [7] 陈正义.单片机控制实习[M].北京：人民邮电出版社，2006.3-90. [8] 姚富安等.实用电子实际基础[M].北京：理工大出版社，2008.132-266.