八路流水灯控制系统Word文档格式.docx
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一种是利用电子电路装置控制,另一种是采用单片机控制。
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
图2.1彩灯循环控制器硬件框图
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发光二极管和5V直流电源电路组成。
此设计方案中单片机的P0口接一按键控制电路,实现彩灯花型的切换功能;
单片机的P0.1引脚接上一个按钮开关以实现对彩灯闪烁频率的控制,即实现了快中慢三种节拍实现花型的变换;
单片机上的P1口接八路LED发光二极管组成彩灯电路,显示彩
灯循环情况
图2.2单片机彩灯循环控制系统硬件框图
2.2方案选择
结合设计任务书比较以上两种方案可知:
利用电子电路装置控制,其电路不很复杂,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。
采用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。
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单元模块设计
本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系;
同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。
3.1直流稳压电源电路
对于一个完整的电子设计来讲,首要问题就是为整个系统提供电源供电模块,电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。
电子设备除用电池供电外,还采用市电(交流电网)供电。
通过变压、整流、滤波和稳压后,得到稳定的直流电。
直流稳压电源是电子设备的重要组成部分!
本项目直流稳压电源为+5V。
如下图3.1所示:
直流稳压电源的制作一般有3种制作形式,分别是分立元件构成的稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。
下图稳压电源采用的是三端集成稳压器7805构成的正
5V直流电源。
图3.1三端固定式集成稳压电源电路图
AT89C52单片机的工作电压围:
4.0V—5.5V,所以通常给单片机外接5V直流电源<
3.2单片机最小系统
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。
单片机最小系统如下图3.2所示
图3.2单片机最小系统
时钟电路:
本系统采用单片机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22pF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部
的时钟电路
CIO
22P
图3.3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
3.3LED彩灯显示电路
LED彩灯显示电路(如图所示)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P1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,其工作电流根据型号不同,一般为1mA到30mA,电阻选择围100欧姆〜3千欧姆在此我们这里选用510欧姆的电阻。
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图3.5LED彩灯显示电路
3.4按键控制电路
按键控制电路(如图3.6所示)是由2个按键开关构成的。
他们分别接在单片机
AT89C52的P0.0接口和P0.1口,S1接在P0.0,S2接在P0.1上。
为了一对一的控制LED
灯的闪烁方式。
当按下开关S1时,LED彩灯系统闪烁第一种彩灯花型。
当再次按下开
关S1时,LED灯系统闪烁第二种闪烁方式
当闭合S2时,彩灯闪烁节拍变快。
图3.6键盘控制电路
3.5串口电路
串口电路为单片提供与PC机连接端口,为单片机提供下载程序到单片机程序存储器中。
串口原理图如图3.7所示。
串口也称串行通信接口,RS-232是目前最常用的一种串行通讯接口,由于其形状和
针脚数量的原因,其接头又被称为DB9接头。
RS-232针脚定义:
2RXD・ReceiveData接收数据、3TXD—TransmitData发送数据、5GND-SystemGround系统接地,一般就用到这几个引脚。
左侧为特殊切能
SEL
图3.7串口原理图
MAX232芯片是专门为电脑的
RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用
+5v单电源供电
MAX23部结构基本可分三个部分:
第一部分是电荷泵电路:
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成,功能是产生+12v
和-12v两个电源,提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道:
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道,其中13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)为第一数据通道,8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头;
DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电:
15脚DNG、16脚VCC(+5v)。
在此,本系统的硬件电路已经全部设计完毕。
4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灯系统是如何实现8个LED灯的循环点亮,来介绍实现流水灯控制的软件编程方法。
C语言仿真如图4.1。
详细C语言程序见附录。
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图4.1KeilNision4调试
本设计使用的是2009年2月发布Keil^Vision4软件来进行编程。
KeilpVision4提
供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在的完整
开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部份组合在一起。
KeilpVision4
引入灵活的窗口管理系统,使开发人员能够使用多台监视器,并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。
新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口,提供一个整洁,高效的环境来开发应用程序。
新版本支持更多最新的ARM
芯片,还添加了一些其他新功能。
主程序流程图如下图4.2所示。
图4.2主程序流程图
本设计是以单片机AT89C52为核心控制8个发光二极管3种闪烁方式的变换。
硬件电路如图附录1所示,八个发光二极管D1—D8分别接在单片机的P1.0—P1.7接口上,当给P1.0口输出0”时,发光二极管点亮,当输出T”时,发光二极管熄灭。
同理,接在P1.1〜P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。
因此,要实现流水灯功能,我们只要将发光二极管LED1〜LED8依次点亮、熄灭,8只LED灯便会一亮一暗的成流水灯了。
在此我们还应注意一点,由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短,我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间,否则我们就看不到闪烁效果。
程序设计流程如图4.3。
图4.3程序设计流程图
程序启动时跳转到键盘判断模块程序中,此程序里面包含S1的按键情况判断,循
环检测直到有按键按下的时候,程序转去按键相对应的彩灯显示的花型模块,与此同时,当按键S2有闭合时,程序中调用延时程序程序时,给延时参数赋值上另一个值,是延时程序延时时间发生改变,以达到不同快慢节奏闪烁的彩灯。
5系统调试
5.1系统仿真
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件件中国。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著
名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿
真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面,它也支持IAR、Keil等多种编译器。
Proteus可仿真各种电路和IC,并支持单片机,元件库齐全,使用方便,是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。
本次实验我们采用Proteus软件进行仿真。
仿真电路
图如图5.1所示。
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图5.1仿真电路图
5.2仿真调试
本系统的调试是把在Keil里面写好的程序通过编译不出现任何错误后将生成的后缀名为.HEX的文件加载到AT89C52单片机中。
接下来我们将在Proteus软件进行软硬件结合的调试。
以下是Proteus仿真时的情况。
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图5.2程序仿真
6系统功能、指标参数
根据课程设计要求,系统应实现以下功能:
彩灯需3种演示花型:
1、8路彩灯同时亮灭,此周期每次重复10次。
2、依次循环放光(每次只有一路亮,连续循环10次)。
3、8路彩灯每次4路亮,4路灭,且亮灭相间,交替亮灭,此周期每次重复10次其它要求:
1、三种花型轮流显示,但显示的顺序可设置;
2、灯亮灭的时间间隔从25ms~2S可调。
F面是在实验室电路板实物上的调试结果,如表6.1所示
表6.1测试结果及状态分析
序
号
测试项目
测试方法
测试结果
行状态分析
1
是否能正
常工作
打开仿真电路图,加载程序,点击开始运行。
无任何错误提示
仿真电路正常
2
彩灯花型
控制
运行仿真,按下模式选择按键,观察彩灯显示效果。
对应按键按下,彩灯出现不同花型。
本设计实现了多控制
的LED彩灯循环。
3
节奏快慢
运行仿真,按下频率选择按键。
对应按键按下,彩灯出现不同闪烁频率。
本设计实现了多闪烁
经以上实验测试证实,能实现本设计系统要求的预期的功能
7结论
本次课程设计对八路彩灯控制系统的运行成果感觉比较满意,它实现了我们要求达
到的目标,比如能按一定时间进行彩灯变换。
并且变换不是很单一,而且能变换闪烁频率。
让身处其中的群众有一种酣畅淋漓的感觉。
但是在设计中也出现了一些问题。
比如控制开关电路无法控制3种输出模式;
无法顺利实现频率的转换等等。
电压控制不是很
稳定,造成灯泡亮度不明显。
这些都需要以后的工作当中需要注意并解决问题。
通过这次课程设计,使我更加扎实地掌握了有关数电方面的知识。
在设计过程中,虽然遇到了许多问题,但是通过查资料,思考,和同学一起讨论,找林老师解惑答疑,找出了解决办法。
从中也充分暴露了我们所学方面的知识欠缺和经验不足。
在课程设计过程中,我们不断地发现错误,改正错误,从中学到了许多东西,更具体地掌握了各种芯片的作用及连接方法,从中不断领悟、获取。
在今后的社会发展和学习实践过程中,我们也要不懈努力,遇到问题不能退缩,而是发现问题所在,然后逐一解决问题。
只有这样,才能在往后的道路上披荆斩棘,获得成功,得到社会和大家的认可。
8总结与体会
在设计过程中,我们不仅培养了独立思考、动手操作的能力,还学会了许多学习方法,真是受益匪浅。
同时也学到了许多书本上没有的东西。
我深深地体会到只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,才能地理解所学的知识,做到融会贯通,从而提高自己的能力。
团结就是力量。
在实验过程中,和同学一起思考、讨论,让我们的合作更有默契。
在以后的工作中,团队协作精神十分重要,大家一起合作,获得成功,然后一起分享成功的喜悦!
同时,在此感谢我们的林老师,感谢你对我们耐心的教导,每次都是你在我们众多的错误中精确地找出核心的问题,从而使错误迎刃而解,我们小小成功的背后是你的大爱。
9参考文献
[1]
2010
徐学彬.《电子技术试验指导书》•:
西华大学电工电子试验实习中心
[2]康华光.《电子技术基础数字部分》第五版•高等教育出版社,2005
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电子技术实验》•大学出版社
[5]永强•《模拟电子技术》•人民邮电出版社,2013
⑹正义•单片机控制实习[M].北京:
人民邮电出版社,2006
Word资料
附录1:
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