單片機led彩燈循環(huán)控制畢業(yè)論文

1、<p>　　單片機LED彩燈循環(huán)控制</p><p>　　系 別： 單片機 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　專業(yè)班級： 09級二班 </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師：

2、 </p><p>　　2012年 12 月 24 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　單片機即是單片微型計算機，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把計算機的各種系統組成集成到了一個芯片上。籠統的講：一塊芯片就是一臺計算機。它不僅體積小、質量輕，而且價格便宜，為學習、應用和電子產品的開發(fā)

3、提供了便利的條件。同時，學好單片機有助于我們更好的了解計算機的原理與結構。</p><p>　　單片機內部有和計算機功能類似的模塊，例如：CPU、內存、總線等，但是這些部件的性能比電腦弱的多，主要用來控制一類不是很復雜的工作。在洗衣機、VCD、排水系統、LED燈等等都可以見到它的身影，它主要用做控制機器的核心部件。</p><p>　　本文主要通過對80C51單片機內部結構和它們的主要功能

4、進行分析，了解單片機的工作原理，以及它在LED彩燈中的應用，使我們能夠更好的應用單片機。目前，單片機已經應用到社會中的各個領域，為人們提供了很大的方便，它和我們的生活息息相關，所以如果想在這方面有所造詣的話，單片機的知識必不可少。</p><p>　　通過這次設計，對單片機的學習，應用，從而達到提高學習、設計、開發(fā)軟、硬件的能力，為今后在工作實踐中繼續(xù)深造打好基礎。</p><p>　　關

5、鍵詞：0C51單片機；LED彩燈</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要.....................................................I</p><p>　　緒論.................................................(1)

6、</p><p>　　1.1單片機的基本知識.....................................(2)</p><p>　　1.2單片機的發(fā)展概況及趨勢...............................(2)</p><p>　　1.3單片機的應用領域.....................................(3)&

7、lt;/p><p>　　單片機的內部結構.....................................(4)</p><p>　　單片機的組成部分.................................... (4)</p><p>　　2.2 單片機的硬件資源....................................(4)</

8、p><p>　　2.3 MCS-51的指令系統...................................(5)</p><p>　　2.4 MCS-51程序設計.....................................(6)</p><p>　　3 LED彩燈介紹......................................

9、..(8)</p><p>　　3.1 概述...............................................(8)</p><p>　　3.2 硬件設計...........................................(8)</p><p>　　3.3 軟件設計............................

10、...............(8)</p><p>　　3.4 彩燈循環(huán)控制綜合編程...............................(9)</p><p>　　參考文獻...............................................(10)</p><p>　　致謝............................

11、...................... (11)</p><p><b>　　1.緒 論</b></p><p>　　二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現已進入的電腦時代。電腦已經被人們所熟知，通常指的是個人計算機，簡稱PC。然而還有一種計算機，對人們來說還不熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。它的出現是近代計

12、算機技術發(fā)展史上的一個重要里程碑。</p><p>　　因為單片機具有集成度高、體積小、質量輕、功能強、速度快、功耗低、使用方便、性能可靠、價格便宜等優(yōu)點，所以，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數據采集和處理、通信系統、網絡系統、汽車工業(yè)、國防工業(yè)、高級計算器具、家用電器、LED燈等領域的應用日益廣泛，并且正在逐步取代現有的多片微機應用系統，單片機的潛力越來越被人們所重視。</p><p>　　

13、現在，我們在大街小巷可以看到這樣的一種景象，就是現在的各種廣告牌不再是白底黑字了，也不再是單一的非電產品，而是用上了豐富多彩的LED電子產品，為城市增添了一道亮麗的風景。而且它采用低電壓掃描驅動，具有耗電少、壽命長、成本低、故障少、發(fā)光效率高、視角大、可視距離遠、響應時間短、控制靈活、可靠耐用、安全、綠色環(huán)保、色彩豐富等特點。近年來LED顯示屏市場得到了迅猛的發(fā)展，應經廣泛應用到銀行、郵電、機場、車站、證券市場、醫(yī)院、電力、體育場等進行

14、多種公告、宣傳的場合。因此學好單片機很有必要。</p><p>　　1.1 單片機的基本知識 </p><p>　　單片微型計算機簡稱為單片機。它是微型計算機發(fā)展中的一個重要分支，它以其獨特的結構和性能，越來越廣泛地應用到工業(yè)、農業(yè)、國防、網絡、通信以及人們日常工作、生活領域中。</p><p>　　單片機是在一塊芯片上集成了中央處理部件（CPU）、存儲器（RAM

15、、ROM）、定時器/計數器和各種輸入/輸出（I/O）接口（如并行I/O、串行I/O口和A/D轉換器）等。由于單片機通常是為實時控制應用而設計制造的，因此，又稱為微控制器（MCU）。</p><p>　　每一種單片機的設計都包括以下幾個方面：1. 指令及與指令對應的電路（芯片）和代碼；2. 固化程序的編程器；3. 硬件仿真器。設計完成后，由有關生產廠家生產出產品（芯片、編程器、仿真器），再由開發(fā)人員開發(fā)出市場所需要

16、的應用產品。</p><p>　　單片機的種類很多，其中以MCS—51系列單片機應用尤為廣泛。MCS—51系列單片機產品有8051、8031、8751、80C51、80C31等型號（前三種為CMOS芯片，后兩種為CHMOS芯片）。</p><p>　　1.2 單片機的發(fā)展概況及趨勢</p><p>　　單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源不僅能滿足很多應用

17、場合的需要，而且具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、性能可靠、價格低廉等特點。</p><p>　　自1976年9月Intel公司推出MCS—48單片機以來，單片機就受到的廣大用戶的歡迎。因此，有關公司都爭相推出各自的單片機。</p><p>　　它們都是8位機，片內有8位中央處理器（CPU），并行I/O口，8位定時器/計數器（RAM、ROM）以及簡單的中斷功能。<

18、;/p><p>　　1980年Intel公司在MCS—48系列基礎上又推出了高性能的MCS—51系列單片機。這類單片機的定時器/計數器為16位，片內存儲器的容量都相應增大，功能更加完善，是當時的主流產品。</p><p>　　目前國際市場上8位、16位單片機系列已有很多，但是，在國內使用較多的系列是Intel公司的產品，其中又以MCS—51系列單片機應用尤為廣泛。隨著經濟的不斷發(fā)展，單片機會朝

19、著CMOS低功耗化、微型單片化、主流與多品種共</p><p><b>　　存的方向發(fā)展。</b></p><p>　　1.3單片機的應用領域 </p><p>　　單片機主要可用于以下幾個方面：</p><p>　?。?）. 測控系統中的應用</p><p>　　單片機最適用于工作環(huán)境惡劣、

20、各種干擾存在的環(huán)境中，來完成人為所不能完成的任務。如爐子恒溫控制。</p><p>　?。?）. 智能儀表中的應用</p><p>　　用單片機制作的測量、控制儀表，具有數字化、智能化、多功能化、等的特點，使儀表重量減輕，便于攜帶和使用，降低了成本，提高了性能價格比。如計時器。</p><p><b>　?。?）. 智能產品</b></p

21、><p>　　單片機與傳統的機械產品結合，使傳統機械產品結構簡化、控制智能化，構成新型的機、電、儀一體化產品。如數控車床。</p><p>　?。?）. 在智能計算機外設中的應用</p><p>　　在計算機應用系統中，許多功能、管理若都靠主機完成的話，勢必造成主機負擔過重，運行速度降低，如果采用單片機進行管理和控制，就能大大提高系統的運算速度，提高接口控制管理的水平。

22、如打印機的控制器。</p><p>　　2單片機的內部結構 </p><p>　　2．1 單片機的組成部分</p><p>　　MCS-51的內部結構，包含下列幾個部件：</p><p><b>　　一個８位CPU；</b></p><p>　?。碖B ROM程序存儲器；</p>&

23、lt;p>　　兩個１６位定時器／計數器；</p><p>　?。常矖l可編程的I/O線（四個８位并行I/O端口）；</p><p>　　一個片內振蕩器及時鐘電路；</p><p>　?。保玻窧 RAM數據存儲器；</p><p>　　可尋址６４KB外部數據存儲器和６４KB外部程序存儲器空間的控制電路；</p><p&g

24、t;　　一個可編程全雙工串行口；</p><p>　　具有５個中斷源、２個優(yōu)先級嵌套中斷結構。</p><p>　　其功能結構框圖如下：</p><p>　　頻率基準源 計數器</p><p>　　中斷 控制 并行

25、I/O口 串行輸入　串行輸出</p><p>　　2.2 單片機的硬件資源</p><p>　　MCS單片機都采用40引腳的雙列直插封裝方式，下圖為80C51引腳排列圖：</p><p>　　2.3 MCS-51的指令系統</p><p>　　單片機的每一條指令包括兩個基本部分：操作碼和操作數。操作碼表明指令要執(zhí)行的操作性質；操作數表

26、明參與操作的數據或數據所存放的地址。MCS-51指令系統的尋址方式有七種：立即尋址；直接尋址；寄存器尋址；寄存器間接尋址；基寄存器加變址寄存器間接尋址；相對尋址；位尋址。按指令的功能，MCS-51指令系統可分為五類：數據傳送類；算數運算類；邏輯操作類；位操作類；控制轉移類。用例子說明一下：編寫1+2的程序，程序如下：</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p>

27、<p>　　MOV 40H,#01H</p><p>　　MOV 41H,#02H</p><p>　　MOV R0，#40H ；設R0為數據指針</p><p>　　MOV A,@R0 ；取N1</p><p>　　INC R0 ；修改指針</p><p>　　

28、ADD A,@R0 ；N1+N2</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,A ；存結果</p><p><b>　　END</b></p><p>　　2.4 MCS-51程序設計</p><p>　　

29、程序設計是為了解決某一個問題，將指令有序地組合在一起。程序設計的過程大致可以分為一下幾個步驟：</p><p>　?。?）編制說明要解決問題的程序框圖。</p><p>　?。?）確定數據結構、算法、工作單元、變量設定。</p><p>　?。?）根據所用計算機的指令系統，按照已編制的程序框圖用匯編語言編制出源程序。</p><p>　?。?

30、）將編制出的程序在計算機上調試，直至實現預定的功能。</p><p>　　程序設計大致分三大塊：簡單程序設計；分支程序設計；循環(huán)程序設計。分別用例子說明：</p><p>　　簡單程序設計：將兩個半字節(jié)數合并成一個一字節(jié)數。</p><p>　　設：內部RAM 40H、41H單元中分別存放著8位二進制數，要求取出兩個單元中的低半字節(jié)，合并成一個字節(jié)后，存放于42H單

31、元中。</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　MOV R1，#40H</p><p><b>　　MOV A,@R1</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　SWAP A</b>

32、</p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　XCH A,@R1 </p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　ORL A,@R1</b></p><p><b>　　INC R1</b></p&

33、gt;<p><b>　　MOV @R1，A</b></p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p>　　分支程序設計：兩個無符號數比較大小。</p><p>　　設兩個連續(xù)外部RAM單元ST1和ST2中存放

34、不帶符號的二進制數，找出其中的大數存入ST3單元中。</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　ST1 EQU 8040H</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　MOV DPTR,#ST1</p><p&g

35、t;　　MOVX A,@DPTR</p><p><b>　　MOV R2，A</b></p><p><b>　　INC DPTR</b></p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p><b>　　SUBB A,R2</b></p><p&

36、gt;<b>　　JNC BIG1</b></p><p><b>　　XCH A,R2</b></p><p>　　BIG0: INC DPTR</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p><b>　　RET </b></p><p>

37、;　　BIG1：MOVX A,@DPTR</p><p><b>　　SJMP BIG0</b></p><p><b>　　END</b></p><p>　　循環(huán)程序設計：將內部RAM以40H為起始地址的8個單元中內容傳到外部存儲器以2000H為起始地址的8個單元中。</p><p>　　ORG

38、 0000H INC DPTR</p><p>　　MOV RO,40H DJNZ R7,LOOP</p><p>　　MOV DPTR,#2000H END</p><p>　　MOV R7，#08</p><p>　　LOOP: MOV A,@R0</p>

39、<p>　　MOVX @DPTR,A</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　3. LED彩燈介紹</p><p><b>　　3.1概述：</b></p><p>　　隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈

40、光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經成為一種時尚。但目前市場上各式樣的LED彩燈控制器大多數用全硬件電路實現，電路結構復雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據不同場合、不同時間段的需要來調節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài) 參數。這種彩燈控制器結構往往有芯片過多、電路復雜、功率損耗大等缺點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果

41、。因此有必要對現有的彩燈控制器進行改進。</p><p>　　LED彩燈分為2部分，即彩燈控制器（主控模塊）和管內LED板模塊（受控模塊）。彩燈控制器可直接與220 V交流市電相連接，經過開關電源變換，輸出直流工作電壓，一方面為管內LED模塊提供12 V工作電源，另一方面為主控模塊單片機系統（彩燈控制器）提供5 V工作電源。整個系統工作由軟件程序控制運行，根據需要，用戶可以在LED彩燈工作時通過主控模塊上的按鍵來

42、設定亮燈時間和燈光閃動頻率。3.2 硬件設計</p><p>　　新型LED彩燈系統包括2大部分，即LED彩燈控制器（89C51主控模塊）和LED彩燈管（管內LED板模塊）。前者是主控模塊，具有按鍵、顯示等功能，并利用89C51的P口輸出控制信號；后者是受控模塊，上面焊有三色LED彩燈和信號驅動芯片，模塊置于LED的透明燈管內。</p><p>　　主控模塊電路如圖1所示。主控模塊主要

43、設計器件有89C51，5個七段碼LED顯示器，8個按鍵，2個穩(wěn)壓器（提供12 V，5 V電壓），1個信號輸出驅動模塊芯片(MC4049)等。通過軟件設計，使單片機P0口作為三色LED驅動信號輸出口及移位時鐘CLOCK信號，P3口為按鍵輸入口，P2口、P1口與5位七段碼LED相接作為顯示器的輸出口。3.3 軟件設計</p><p>　　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。系統中軟件可以

44、分為主程序和中斷服務子程序。上電后在缺省狀態(tài)以順序調用Model_i花樣亮燈模式流程為主程序，以一個單位時間5 ms的T0定時為中斷服務子程序。在這個5 ms的T0定時基礎上，可以根據需要來確定各種模式工作時間Ti，以及確定在各種亮燈模式Mode l_i內點亮和熄滅各種顏色LED燈的時刻：Red_on，Red_off，Green_on，Green_off，Blue_on，blue_off以及Clock（移位翻轉脈沖）等。整個系統軟件由主

45、程序（ Main）、各個模式子程序（Model_i）、</p><p>　　5 ms中斷服務子程序(T0 Interrupt)、鍵盤掃描處理子程序（Key Board）、顯示子程序（Display）等程序組成。利用T0定時器作為定時基本單位，根據模式需要計算好各控制信號的發(fā)生時刻，根據不同的模式Mo del_i可以設定不同的工作時間Ti和脈沖翻轉頻率Fi通過P0口輸出，使各色L ED燈的驅動時刻與移位觸發(fā)的翻轉時

46、刻步調一致，使LED彩燈按照設計的模式工作。3.4 彩燈循環(huán)控制綜合編程</p><p>　　編寫程序使P1口的8個指示燈順次點亮，反復循環(huán)。程序如下： </p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　LOP: MOV P1，#0FEH MOV P1，#0BFH</p>

47、;<p>　　ACALL DEL ACALL DEL</p><p>　　MOV P1，#0FDH MOV P1,7FH</p><p>　　ACALL DEL ACALL DEL</p><p>　　MOV P1，#0FBH AJMP LOP</p>

48、<p>　　ACALL DEL DEL: MOV R7，#0FFH</p><p>　　MOV P1, #0F7H DEL1：MOV R6，#0FFH</p><p>　　ACALL DEL DEL2：DJNZ R6，DEL2</p><p>　　MOV P1，#0FEH DJNZ R7,DEL1<

49、;/p><p>　　ACALL DEL RET</p><p>　　MOV P1，#0FDH</p><p><b>　　ACALL DEL</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 龔運新.《單片機實用技術教程》

50、.北京師范大學出版社，2009</p><p>　　[2] 潘永雄.《新單片機原理及應用》第三版[M].西安:西安電子科技大學出版社,2003</p><p>　　[3] 李廣弟等.單片機原理機應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003</p><p>　　[4] 毛敏.MCS-51系列單片機系統及應用實踐教程[M].高等教育出版社,2006</p&g

51、t;<p>　　[5] 何立民.單片機應用技術選篇（5）［M］.北京：北京航空航天大學出版社 [6] 楊光友.單片機微型計算機原理及接口技術［M］.北京：中國水利水電出版社</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本課題在選題及研究過程中得到王輝老師的悉心指導。王輝老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精

52、心點撥、熱忱鼓勵。王輝老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，使我受益匪淺。</p><p>　　在此，還特別感謝***老師，感謝他對我的所有幫助和照顧，戴獻中老師不僅授我以文，而且教我做人，雖時間不長，卻終生受益。對戴獻中老師的感激之情是無法用言語表達的。</p><p>　　還感謝***老師等對我的教育培養(yǎng)。他們細心指導我的學習與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。&