单片机led彩灯循环控制 单片机专业 大学论文Word格式.docx

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摘要

单片机即是单片微型计算机，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把计算机的各种系统组成集成到了一个芯片上。

笼统的讲：

一块芯片就是一台计算机。

它不仅体积小、质量轻，而且价格便宜，为学习、应用和电子产品的开发提供了便利的条件。

同时，学好单片机有助于我们更好的了解计算机的原理与结构。

单片机内部有和计算机功能类似的模块，例如：

CPU、内存、总线等，但是这些部件的性能比电脑弱的多，主要用来控制一类不是很复杂的工作。

在洗衣机、VCD、排水系统、LED灯等等都可以见到它的身影，它主要用做控制机器的核心部件。

本文主要通过对80C51单片机内部结构和它们的主要功能进行分析，了解单片机的工作原理，以及它在LED彩灯中的应用，使我们能够更好的应用单片机。

目前，单片机已经应用到社会中的各个领域，为人们提供了很大的方便，它和我们的生活息息相关，所以如果想在这方面有所造诣的话，单片机的知识必不可少。

通过这次设计，对单片机的学习，应用，从而达到提高学习、设计、开发软、硬件的能力，为今后在工作实践中继续深造打好基础。

关键词：

0C51单片机；

LED彩灯

目录

摘要.....................................................I

1绪论.................................................

（1）

1.1单片机的基本知识.....................................

（2）

1.2单片机的发展概况及趋势...............................

（2）

1.3单片机的应用领域.....................................（3）

2单片机的内部结构.....................................（4）

2.1单片机的组成部分....................................（4）

2.2单片机的硬件资源....................................（4）

2.3MCS-51的指令系统...................................（5）

2.4MCS-51程序设计.....................................（6）

3LED彩灯介绍........................................（8）

3.1概述...............................................（8）

3.2硬件设计...........................................（8）

3.3软件设计...........................................（8）

3.4彩灯循环控制综合编程...............................（9）

参考文献...............................................（10）

致谢..................................................（11）

1.绪论

二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。

电脑已经被人们所熟知，通常指的是个人计算机，简称PC。

然而还有一种计算机，对人们来说还不熟悉。

这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。

它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑。

因为单片机具有集成度高、体积小、质量轻、功能强、速度快、功耗低、使用方便、性能可靠、价格便宜等优点，所以，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、网络系统、汽车工业、国防工业、高级计算器具、家用电器、LED灯等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统，单片机的潜力越来越被人们所重视。

现在，我们在大街小巷可以看到这样的一种景象，就是现在的各种广告牌不再是白底黑字了，也不再是单一的非电产品，而是用上了丰富多彩的LED电子产品，为城市增添了一道亮丽的风景。

而且它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、寿命长、成本低、故障少、发光效率高、视角大、可视距离远、响应时间短、控制灵活、可靠耐用、安全、绿色环保、色彩丰富等特点。

近年来LED显示屏市场得到了迅猛的发展，应经广泛应用到银行、邮电、机场、车站、证券市场、医院、电力、体育场等进行多种公告、宣传的场合。

因此学好单片机很有必要。

1.1单片机的基本知识

单片微型计算机简称为单片机。

它是微型计算机发展中的一个重要分支，它以其独特的结构和性能，越来越广泛地应用到工业、农业、国防、网络、通信以及人们日常工作、生活领域中。

单片机是在一块芯片上集成了中央处理部件（CPU）、存储器（RAM、ROM）、定时器/计数器和各种输入/输出（I/O）接口（如并行I/O、串行I/O口和A/D转换器）等。

由于单片机通常是为实时控制应用而设计制造的，因此，又称为微控制器（MCU）。

每一种单片机的设计都包括以下几个方面：

1.指令及与指令对应的电路（芯片）和代码；

2.固化程序的编程器；

3.硬件仿真器。

设计完成后，由有关生产厂家生产出产品（芯片、编程器、仿真器），再由开发人员开发出市场所需要的应用产品。

单片机的种类很多，其中以MCS—51系列单片机应用尤为广泛。

MCS—51系列单片机产品有8051、8031、8751、80C51、80C31等型号（前三种为CMOS芯片，后两种为CHMOS芯片）。

1.2单片机的发展概况及趋势

单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源不仅能满足很多应用场合的需要，而且具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、性能可靠、价格低廉等特点。

自1976年9月Intel公司推出MCS—48单片机以来，单片机就受到的广大用户的欢迎。

因此，有关公司都争相推出各自的单片机。

它们都是8位机，片内有8位中央处理器（CPU），并行I/O口，8位定时器/计数器（RAM、ROM）以及简单的中断功能。

1980年Intel公司在MCS—48系列基础上又推出了高性能的MCS—51系列单片机。

这类单片机的定时器/计数器为16位，片内存储器的容量都相应增大，功能更加完善，是当时的主流产品。

目前国际市场上8位、16位单片机系列已有很多，但是，在国内使用较多的系列是Intel公司的产品，其中又以MCS—51系列单片机应用尤为广泛。

随着经济的不断发展，单片机会朝着CMOS低功耗化、微型单片化、主流与多品种共

存的方向发展。

1.3单片机的应用领域

单片机主要可用于以下几个方面：

（1）.测控系统中的应用

单片机最适用于工作环境恶劣、各种干扰存在的环境中，来完成人为所不能完成的任务。

如炉子恒温控制。

（2）.智能仪表中的应用

用单片机制作的测量、控制仪表，具有数字化、智能化、多功能化、等的特点，使仪表重量减轻，便于携带和使用，降低了成本，提高了性能价格比。

如计时器。

（3）.智能产品

单片机与传统的机械产品结合，使传统机械产品结构简化、控制智能化，构成新型的机、电、仪一体化产品。

如数控车床。

（4）.在智能计算机外设中的应用

在计算机应用系统中，许多功能、管理若都靠主机完成的话，势必造成主机负担过重，运行速度降低，如果采用单片机进行管理和控制，就能大大提高系统的运算速度，提高接口控制管理的水平。

如打印机的控制器。

2单片机的内部结构

2．1单片机的组成部分

MCS-51的内部结构，包含下列几个部件：

（1）一个８位CPU；

（2）４KBROM程序存储器；

（3）两个１６位定时器／计数器；

（4）３２条可编程的I/O线（四个８位并行I/O端口）；

（5）一个片内振荡器及时钟电路；

（6）１２８BRAM数据存储器；

（7）可寻址６４KB外部数据存储器和６４KB外部程序存储器空间的控制电路；

（8）一个可编程全双工串行口；

（9）具有５个中断源、２个优先级嵌套中断结构。

　其功能结构框图如下：

频率基准源计数器

中断控制并行I/O口串行输入　串行输出

2.2单片机的硬件资源

MCS单片机都采用40引脚的双列直插封装方式，下图为80C51引脚排列图：

2.3MCS-51的指令系统

单片机的每一条指令包括两个基本部分：

操作码和操作数。

操作码表明指令要执行的操作性质；

操作数表明参与操作的数据或数据所存放的地址。

MCS-51指令系统的寻址方式有七种：

立即寻址；

直接寻址；

寄存器寻址；

寄存器间接寻址；

基寄存器加变址寄存器间接寻址；

相对寻址；

位寻址。

按指令的功能，MCS-51指令系统可分为五类：

数据传送类；

算数运算类；

逻辑操作类；

位操作类；

控制转移类。

用例子说明一下：

编写1+2的程序，程序如下：

ORG0000H

MOV40H,#01H

MOV41H,#02H

MOVR0，#40H；

设R0为数据指针

MOVA,@R0；

取N1

INCR0；

修改指针

ADDA,@R0；

N1+N2

INCR0

MOV@R0,A；

存结果

END

2.4MCS-51程序设计

程序设计是为了解决某一个问题，将指令有序地组合在一起。

程序设计的过程大致可以分为一下几个步骤：

（1）编制说明要解决问题的程序框图。

（2）确定数据结构、算法、工作单元、变量设定。

（3）根据所用计算机的指令系统，按照已编制的程序框图用汇编语言编制出源程序。

（4）将编制出的程序在计算机上调试，直至实现预定的功能。

程序设计大致分三大块：

简单程序设计；

分支程序设计；

循环程序设计。

分别用例子说明：

简单程序设计：

将两个半字节数合并成一个一字节数。

设：

内部RAM40H、41H单元中分别存放着8位二进制数，要求取出两个单元中的低半字节，合并成一个字节后，存放于42H单元中。

ORG0000H

MOVR1，#40H

MOVA,@R1

ANLA,#0FH

SWAPA

INCR1

XCHA,@R1

ORLA,@R1

MOV@R1，A

RET

END

分支程序设计：

两个无符号数比较大小。

设两个连续外部RAM单元ST1和ST2中存放不带符号的二进制数，找出其中的大数存入ST3单元中。

ST1EQU8040H

CLRC

MOVDPTR,#ST1

MOVXA,@DPTR

MOVR2，A

INCDPTR

SUBBA,R2

JNCBIG1

XCHA,R2

BIG0:

MOVX@DPTR,A

RET

BIG1：

MOVXA,@DPTR

SJMPBIG0

循环程序设计：

将内部RAM以40H为起始地址的8个单元中内容传到外部存储器以2000H为起始地址的8个单元中。

ORG0000HINCDPTR

MOVRO,40HDJNZR7,LOOP

MOVDPTR,#2000HEND

MOVR7，#08

LOOP:

MOVA,@R0

INCR0

3.LED彩灯介绍

3.1概述：

随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。

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，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。

但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。

这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。

此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。

因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。

LED彩灯分为2部分，即彩灯控制器（主控模块）和管内LED板模块（受控模块）。

彩灯控制器可直接与220V交流市电相连接，经过开关电源变换，输出直流工作电压，一方面为管内LED模块提供12V工作电源，另一方面为主控模块单片机系统（彩灯控制器）提供5V工作电源。

整个系统工作由软件程序控制运行，根据需要，用户可以在LED彩灯工作时通过主控模块上的按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率。

3.2硬件设计

新型LED彩灯系统包括2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）。

前者是主控模块，具有按键、显示等功能，并利用89C51的P口输出控制信号；

后者是受控模块，上面焊有三色LED彩灯和信号驱动芯片，模块置于LED的透明灯管内。

主控模块电路如图1所示。

主控模块主要设计器件有89C51，5个七段码LED显示器，8个按键，2个稳压器（提供12V，5V电压），1个信号输出驱动模块芯片（MC4049）等。

通过软件设计，使单片机P0口作为三色LED驱动信号输出口及移位时钟CLOCK信号，P3口为按键输入口，P2口、P1口与5位七段码LED相接作为显示器的输出口。

3.3软件设计

新型LED彩灯控制器最大特点在于所有亮灯模式均由软件控制完成。

系统中软件可以分为主程序和中断服务子程序。

上电后在缺省状态以顺序调用Model_i花样亮灯模式流程为主程序，以一个单位时间5ms的T0定时为中断服务子程序。

在这个5ms的T0定时基础上，可以根据需要来确定各种模式工作时间Ti，以及确定在各种亮灯模式Model_i内点亮和熄灭各种颜色LED灯的时刻：

Red_on，Red_off，Green_on，Green_off，Blue_on，blue_off以及Clock（移位翻转脉冲）等。

整个系统软件由主程序（Main）、各个模式子程序（Model_i）、

5ms中断服务子程序（T0Interrupt）、键盘扫描处理子程序（KeyBoard）、显示子程序（Display）等程序组成。

利用T0定时器作为定时基本单位，根据模式需要计算好各控制信号的发生时刻，根据不同的模式Model_i可以设定不同的工作时间Ti和脉冲翻转频率Fi通过P0口输出，使各色LED灯的驱动时刻与移位触发的翻转时刻步调一致，使LED彩灯按照设计的模式工作。

3.4彩灯循环控制综合编程

编写程序使P1口的8个指示灯顺次点亮，反复循环。

程序如下：

LOP:

MOVP1，#0FEHMOVP1，#0BFH

ACALLDELACALLDEL

MOVP1，#0FDHMOVP1,7FH

MOVP1，#0FBHAJMPLOP

ACALLDELDEL:

MOVR7，#0FFH

MOVP1,#0F7HDEL1：

MOVR6，#0FFH

ACALLDELDEL2：

DJNZR6，DEL2

MOVP1，#0FEHDJNZR7,DEL1

ACALLDELRET

MOVP1，#0FDH

ACALLDEL

参考文献

[1]龚运新.《单片机实用技术教程》.北京师范大学出版社，2009

[2]潘永雄.《新单片机原理及应用》第三版[M].西安:

西安电子科技大学出版社,2003

[3]李广弟等.单片机原理机应用[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2003

[4]毛敏.MCS-51系列单片机系统及应用实践教程[M].高等教育出版社,2006

[5]何立民.单片机应用技术选篇（5）［M］.北京：

北京航空航天大学出版社

[6]杨光友.单片机微型计算机原理及接口技术［M］.北京：

中国水利水电出版社

致谢

本课题在选题及研究过程中得到王辉老师的悉心指导。

王辉老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。

王辉老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，使我受益匪浅。

在此，还特别感谢戴献中老师，感谢他对我的所有帮助和照顾，戴献中老师不仅授我以文，而且教我做人，虽时间不长，却终生受益。

对戴献中老师的感激之情是无法用言语表达的。

还感谢李道军老师、郑晓茜老师、冯艳平老师、闫生辉老师等对我的教育培养。

他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。

感谢我的同学苏哲、陈浩、张俊男、陈选波等三年来对我学习、生活的关心和帮助。