彩灯控制器设计.docx
- 文档编号:29266751
- 上传时间:2023-07-21
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:144KB
彩灯控制器设计.docx
《彩灯控制器设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《彩灯控制器设计.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
彩灯控制器设计
郑州轻工业学院
课程设计说明书
题目:
彩灯控制器设计
姓名:
院(系):
电子信息工程学院
专业班级:
电信
学号:
指导教师:
耿鑫
成绩:
时间:
2015年1月05日至2015年1月16日
课程设计成绩评定表
评定项目
内容
满分
评分
总分
学习态度
学习认真,态度端正,遵守纪律。
10
答疑和设计情况
认真查阅资料,勤学好问,提出的问题有一定的深度,分析解决问题的能力较强。
40
说明书质量
设计方案正确、表达清楚;设计思路、实验(论证)方法科学合理;达到课程设计任务书规定的要求;图、表、文字表达准确规范,上交及时。
40
回答问题情况
回答问题准确,基本概念清楚,有理有据,有一定深度。
10
总成绩
采用五级分制:
优、良、中、及格、不及格
指导教师评语:
签名:
年月日
郑州轻工业学院
课程设计任务书
题目彩灯控制器设计
专业、班级电信11-01学号541101030105姓名范林山
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
一、主要内容:
熟悉单片机应用系统的设计方法和规范,达到综合的目的。
学习文件检索和查找数据手册的能力。
学习protel软件的使用。
学会整理和总结设计文档报告。
二、基本要求:
以MCS-51系列单片机为核心,设计了一种多花样(至少8种以上)自动切换的彩灯控制器。
随着彩灯显示图案的变化,发出不同的音响声。
彩灯显示的不同形式可由不同进制计数器驱动LED显示完成。
音响由选择不同频率CP脉冲驱动扬声器形成。
三、主要参考资料:
张毅坤等单片微型计算机原理及应用西安西安电子科技大学出版社
李建忠编著单片机原理及应用西安西安电子科技大学出版社
完成期限:
指导教师签名:
课程负责人签名:
年月日
目录
1引言1
2设计方案论证2
2.1方案分析2
2.2方案选择3
3系统构成部分4
3.2硬件设计4
3.2.1元件选择4
3.2.2电源电路5
3.2.3单片机控制系统6
3.2.4LED显示模块7
3.2.5系统电路绘制8
3.3软件设计8
3.3.1软件工作原理9
3.3.2程序设计9
结束语12
致谢13
参考文献14
附录15
附录1程序清单15
附录2元件清单23
附录3 电路原理图24
摘要
该设计是基于单片机的音乐彩灯控制系统。
它由硬件和软件部分组成。
其中硬件由电源电路、加减速按钮、单片机小系统、LED显示电路四大部分组成。
该系统设计是一中新型的LED彩灯控制系统的设计方法,以AT89C52单片机为核心与电源电路LED显示电路相结合,利用软件实现对LED彩灯进行控制。
本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单、成本低廉等优点。
关键词:
AT89C52单片机;LED彩灯;程序控制
1引言
在现代生活中,彩灯越来越成为人们生活中不可稀缺的装饰品。
在许多场合都可以看到彩灯的身影。
LED彩灯由于其丰富的灯光色彩,低廉的造价、控制简便等优点得到了社会的认可和广泛的应用,随着科学技术的不断发展LED彩灯控制系统由以前的大多数靠硬件电路设计逐渐转变成以单片机为核心控制。
利用程序实现彩灯的花样显示,这给我们的生活带来了不少乐趣。
因此得到了广泛使用。
2设计方案论证
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。
以及不能加载音乐程序,因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。
现在主要介绍以下二种方案:
2.1方案分析
方案一:
运用AT89C51控制彩灯
该方案在硬件方面由于大部分采用集成块,因此整个电路显得简单明了。
整个系统工作主要有软件程序控制运行。
在开发运用方面我们可以通过改变程序的编写来实现LED的彩灯花样的变化,而不需要改变硬件电路,这样就实现了非常简单的根据不同的地点不同的用户需求来改变彩灯的花样。
既节约了成本而且可以使LED彩灯根据不同的需求重复使用,使得LED彩灯的使用范围得到了质的飞跃,还能满足不同地点不同场合的需求等等一系列优点。
而且实现这些优点只需要改变程序的编写来实现是非常简单方便可行的。
由于AT89C51的数据传输较慢,不能适合彩灯控制需要。
方案二:
运用AT89C52控制彩灯
(1)该方案分为四大模块:
电源电路模块;以单片机为核心的彩灯控制模块;LED显示模块和控制速度的按扭模块。
RAM空间增大:
AT89C51有128字节的内部RAM,称之为DATA存储区。
AT89C52的内部RAM扩展为256字节,其中高128字节,位于从80H开始的地址空间中,称之为IDATA存储区,但IDATA区的访问只能是间接寻址方式。
(2)内部Flash变大:
AT89C51有4K字节的内部FlashPeram,而AT89C52的内部FlashPeram增加1倍,达到8K。
(3)中断源增加:
在AT89C52中P1.0和P1.1还可分别作为定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和(P1.1/T2EX),也就是说,P1.0同时可作为定时器/计数器T2的外部计数输入,和输出占空比50%的时钟脉冲端口,P1.1同时可作为定时器/计数器T2捕获/重新装载触发和方向控制端口。
故AT89C52除了具备AT89C51的定时器/计数器T0和定时器/计数器T1,还额外增加了一个定时器/计数器T2。
而定时器/计数器T2的控制和状态位单独位于T2CON、T2MOD,定时器/计数器T2在16位捕获方式或自动重新装载方式下的捕获/重载寄存器组是(TCAO2H、RCAP2L)。
2.2方案选择
方案二比方案一的功能多。
可以加快数据和信号的传输速度,操作起来更方便、更快捷。
综上所述,本设计将采用方案二。
3系统构成部分
本设计是以AT89S52作为主控芯片,把音乐控制程序写入单片机之后实现其花样彩灯功能。
整个系统工作由软件程序控制运行,根据不同的需要,用户可以通过改变控制程序来改变音乐彩灯的花样变换,而不需要改变硬件连接。
电路框图如图3-1所示。
图3-1电路总体框图
3.2硬件设计
单元电路是整机的一部分,只有把各单元电路设计好才能提高整机的设计水平,每个单元电路设计都需要明确单元的任务,应详细拟定出单元电路的性能指标,与前后之间的关系分析电路的组成形式。
不但电路本身设计要合理,各单元电路也必须相互配合,注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。
3.2.1元件选择
无极电容:
起保护作用使二极管导通的一瞬间,不会受到大电流高电压的冲击。
晶振:
给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。
电阻:
电阻在电路中通常起分压分流的作用,对信号来说,交流与直流信号都可以通过电阻
发光二极管:
发光二极管也与普通二极管一样由PN结构成,也具有单向导电性。
它广泛应用于各种电子电路、家电、仪表等设备中、作电源指示或电平指示。
发光二极管简称LED,采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成,其内部结构为一个PN结,具有单向导电性。
当在发光二极管PN结上加正向电压时,PN结势垒降低,载流子的扩散运动大于漂移运动,致使P区的空穴注入到N区,N区的电子注入到P区,这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合,复合时产生的能量大部分以光的形式出现,因此而发光。
发光二极管在制作时,使用的材料有所不同,那么就可以发出不同颜色的光。
发光二极管的发光颜色有:
红色光、黄色光、绿色光、红外光等。
发光二极管的外形有:
圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等。
常用的发光二极管应用电路有四种,即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。
使用LED作指示电路时,应该串接限流电阻,该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。
发光二极管的压降一般为1.5~2.0V,其工作电流一般取10~20mA为宜。
蜂鸣器:
.蜂鸣器的作用蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
3.2.2电源电路
需要设计电源部分对外电压220V电压进行转换,而电路本身对电源的要求并不高。
由于单片机AT89C52及部分电路的正常工作需要+5V左右的直流电压,因此我们用4接干电池来输出5V左右的直流电压。
就可以实现电路的供电,电源电路如图3-2所示。
图3-2电源电路
3.2.3单片机控制系统
单片机的控制模块是由AT89C52实现的,它存储了预先编好的程序,在工作的时候根据所编写的程序和按键状态来调用相应的程序,以实现音乐彩灯的变化。
它的外部由晶振电路和复位电路构成。
晶振电路的构成由单片机AT89C52内部有一个由反向放大器构成的振荡电路,XTAL1为振荡电路的输入端,XTAL2为振荡电路的输出端,外围电路有一个12MHz的石英晶体和两个22pF的电容组成。
复位电路的构成由单片机的RESET端口和外围电路组成。
根据人眼视觉的暂留特性,50Hz是适应的刷新频率,所以刷新频率有最高值要求,本设计最高值刷新频率为600Hz.单片机控制系统电路,如图3-3所示。
图3-3单片机控制模块
3.2.4LED显示模块
对于AT89C52单片机,1位并行口输出低电平可以吸收10mA电流,足以驱动发光二极管点亮,所以不用再加驱动器。
但必须注意的是一个并行口的总驱动能力不大于15mA。
若一个LED发光二极管驱动电流取5mA,同时驱动的LED发光二极管不能超过三个。
对于LED的点亮都用程序控制可以用位处理指令CLRP2.X点亮对应的LED;用位处理指令SETBP2.X熄灭对应的LED。
LED显示模块电路,如图3-4所示。
图3-4LED显示模块电路
3.2.5系统电路绘制
本设计中在电路部分主要运用了Protel99软件,现就对设计流程做以下简单介绍:
(1)建立一个*.DDB文件。
(2)新建一个*.SCH文件,画原理图。
(原理图见附录3)
(3)根据电路原理图生成网络表。
(4)将网络表加载到PCB文件中。
(PCB版:
就是印刷电路板(Printedcircuitboard,PCB)。
它几乎会出现在每一种电子设备当中。
如果在某样设备中有电子零件,它们都是镶在大小各异的PCB上的。
除了固定各种小零件外,PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。
随着电子设备越来越复杂,需要的零件自然越来越多,PCB上头的线路与零件也越来越密集了。
裸板(上头没有零件)也常被称为"印刷线路板PrintedWiringBoard(PWB)"。
板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。
在表面可以看到的细小线路材料是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个板子上的,而在制造过程中部份被蚀刻处理掉,留下来的部份就变成网状的细小线路了。
这些线路被称作导线(conductorpattern)或称布线,并用来提供PCB上零件的电路连接。
通常PCB的颜色都是绿色或是棕色,这是阻焊漆(soldermask)的颜色。
是绝缘的防护层,可以保护铜线,也可以防止零件被焊到不正确的地方。
在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面(silkscreen)。
通常在这上面会印上文字与符号(大多是白色的),以标示出各零件在板子上的位置。
丝网印刷面也被称作图标面(legend)。
)
3.3软件设计
在WAVE6000软件中用汇编语言按老师所规定的要求将16位音乐彩灯全部以循环模式显示。
把编写好并编译、仿真成功的程序写入单片机。
程序是让16只LED发光。
先是前8只LED亮,然后是后8只LED亮,最后是让16只LED依次从两端到中间,中间到两端亮。
在灯亮过程中伴随着喇叭发出悦耳的音乐声音。
写好程序进行编译、仿真结果显示没有错误,确认可以实现以上功能。
音乐是这样转变成使用于单片机里面的:
由于声音是由震动发出,所以每个音符都有其固定的频率,“频率HZ”就是指每个音符的频率,而如果要让机器准确表达这个频率,就要在单片机的晶振下取固定的值,即用定时器来循环一定的次数,“6MHZ”就是指单片机的晶振为6MHz的时候发出制定频率所需要的循环次数,“十六进制值”就是由前面十进制转化而来,因为机器不能识别十进制数,因此应用的时候要转换成十六进制或二进制。
具体应用的时候,将你所需要的音符的十六进制值送入定时器,将扬声器所接的口置1,即可发出制定的音符。
如果想做一首歌的话可先将音符的十六进制值做成一个TABLE,然后通过MOVDPTR,#TABLE,将整个表送入定时器,这样就可以按照表中音符的顺序发出一段音乐。
3.3.1软件工作原理
我们以打算盘为例计算一道算术题。
例:
36+163×156-166÷34。
现在要进行运算,首先需要一把算盘,其次是纸和笔。
我们把要计算的问题记录下来,然后第一步先算163×156,把它与36相加的结果记在纸上,然后计算166÷34,再把它从上一次结果中减去,就得到最后的结果。
现在,我们用单片机来完成上述过程,显然,它首先要有代替算盘进行运算的部件,这就是“运算器”;其次,要有能起到纸和笔作用的器件,即能记忆原始题目、原始数据和中间结果,还要记住使单片机能自动进行运算而编制的各种命令。
这类器件就称为“存贮器”。
此外,还需要有能代替人作用的控制器,它能根据事先给定的命令发出各种控制信号,使整个计算过程能一步步地进行。
但是光有这三部分还不够,原始的数据与命令要输入,计算的结果要输出,都需要按先后顺序进行,有时还需等待。
如上例中,当在计算163×156时,数字36就不能同时进入运算器。
因此就需要在单片机上设置按控制器的命令进行动作的“门”,当运算器需要时,就让新数据进入。
或者,当运算器得到最后结果时,再将此结果输出,而中间结果不能随便“溜出”单片机。
这种对输入、输出数据进行一定管理的“门”电路在单片机中称为“口”(Port)
3.3.2程序设计
利用单片机(或单板机)奏乐大概是无线电爱好者感兴趣的问题之一。
本文从单片机的基本发间实验出发,谈谈音乐程序的设计原理,并给出具体实例,以供参考。
我们知道,声音的频谱范围约在几十到几千赫兹,若能利用程序来控制单处机某个口线的“高”电平或低电平,则在该口线上就能产生一定频率的矩形波,接上喇叭就能发出一定频率的声音,若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间,就能改变输出频率,从而改变调。
例如,要产生200HZ的音频信号,按图1接入喇叭(若属临时实验,也可将喇叭直接接在P1口线上),实验程序为:
其中子程序DEL为延时子程序,当R3为1时,延时时间约为20us,R3中存放延时常数,对200HZ音频,其周期为1/200秒,即5ms。
这样,当P1.4的高电平或低电平的持续时间为2.5ms,即R3的时间常数取2500/20=125(7DH)时,就能发出200HZ的音调。
将上述程序键入学习机,并持续修改R3的常数能感到音调的变化。
乐曲中,每一音符对应着确定的频率,给出C调时各音符频率及其对应的时间常数。
读者能根据所供给的常数,将其16进制代码送入R3,反复练习体会。
根据表1能奏出音符。
仅这还不够,要准确奏出一首曲子,必须准确地控制乐曲节奏,即一音符的持续时间。
音符的节拍我们能用定时器T0来控制,送入不一样的初值,就能产生不一样的定时时间。
便如某歌曲的节奏为每分钟94拍,即一拍为0.64秒。
但时,由于T0的最大定时时间只能为131毫秒,因此不可能直接用改变T0的时间初值来实现不一样节拍。
我们能用T0来产生10毫秒的时间基准,然后设置一个中断计数器,通过判别中断计数器的值来控制节拍时间的长短。
中也给出了各种节拍所对应的时间常数。
例如对1/4拍音符,定时时间为0.16秒,对应的时间常数为16(即10H);对3拍音符,定时时间为1.92秒,对应时间长数为192(即C0H)。
我们将每一音符的时间常数和其对应的节拍常数作为一组,按次序将乐曲中的所有常数排列成一个表,然后由查表程序依次取出,产生音符并控制节奏,就能实现演奏效果。
此外,结束符和体止符能分别用代码00H和FFH来表示,若查表结果为00H,则表示曲子终了;若查表结果为FFH,则产生对应的停顿效果。
为了产生手弹的节奏感,在某些音符(例如两个相同音符)音插入一个时间单位的频率略有不一样的音符。
下面给出程序序清单,可直接在TD-III型学习机上演奏,对其它不一样型号的学习机,只需对应地改变一下地址即可。
本程序演奏的是民歌“八月桂花遍地开”,C调,节奏为94拍/分。
读者也能自行找出一首歌,给定的常数,将乐曲翻译成码表输入机器,而程序不变。
本实验办法简便,即使不懂音乐的人,将一首陌生的曲子翻译成代码也是易事,和着机器的演奏学唱一首歌曲,其趣味无穷。
3.3.3程序设计框图
图3-5程序设计框图
结束语
通过三个多月的毕业设计,使我对电子信息技术有了全新的了解、认识。
在此次设计中主要运用到模拟电子技术和数字电子技术方面的知识,使自己能把以前所学过的知识充分运用到设计当中去。
刚开始一拿到这个毕业设计题目的时候,以为很简单,很容易就能做出来.但是通过一段时间的努力之后,才发现并不是想象中的那么简单、容易。
原本以为自己的专业勉强还能过得去,但通过这次毕业设计,发现自己还有很多方面的专业知识都不熟悉,特别是模拟电路、Protel99电路设计、WAVE6000软件、一级Word应用等知识的掌握、熟练程度不够。
值得庆幸的是,通过本次毕业设计,我翻阅了大量的文献、资料、重新学习、以及复习了一遍所学的专业技术。
使得我自己对所学知识有了一个更全面、全新的认识,自己的能力也得到了很大的提高。
相信完成一个设计任务不仅知识效果的强化,同时也是整个综合素质的提高。
我必须利用这次毕业设计所收益的知识与方法去指导我今后的学习与工作,并不断迎难而上,继续努力奋斗,把理论和实际更好的结合,使自己的专业水平再上一个新的台阶,争取早日把自己锻炼成为专业知识硬,专业技术水平高,综合素质强的现代青年。
由于我的知识水平有限,本设计中难免会出现错误的地方,真诚欢迎老师和同学指出,我一定会认真改正。
致谢
整个毕业设计在王振华等老师的精心指导和同学的帮助下顺利完成了。
在其中我学到了很多东西,也领悟到了很多东西,更重要的是对于从前学过的专业技术与设计相关的知识有了更高的层次的了解和认识。
在设计过程中遇到不少问题都是与现有的知识水平有很大差距的,这也就暴露了很多实际性的问题,但是迎难而上却是整个设计的精髓所在。
在廖老师和同学的耐心讲解、帮助下,最终还是克服了所遇到的种种难题,这给我整个设计过程添加了许多成功之处。
无论是电子基础务实,还是对PROTEL99软件,EWB软件和WAVE6000软件来说,都是一个很大的提高和促进。
通过这次毕业设计让我深刻体会到了做一件事、一个项目、一个设计的不容易。
作为电子信息专业的我们来说,不仅要有过硬的专业知识,更要有耐心细致的工作态度。
参考文献
[1]程震.数字电路实验与应用[M].北京理工大学出版社
[2]王振宁.实验电子技术基础[M].天津大学出版社
[3]蔡美琴.MCS51系列单片机系统及其应用[M].高等教育出版社,2001
[4]何立民.单片机应用技术选篇[M].北京航空航天大学出版社,2004
[3]杨光友.单片机微型计算机原理及接口技术[M].中国水利水电出版社,2002
[5]马升东.Protel99原理图与PCB设计教程[M].电子工业出版社,2007
附录
附录1程序清单
ORG00H
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#0FFH
LCALLDELAY2
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#00H
LCALLDELAY1
MOVP1,#00H
MOVP2,#0FFH
LCALLDELAY2;前8后8交替亮
SJMPK1
;******************************************
K1:
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#0FFH
LCALLDELAY
TT3:
CLRC
MOVA,P2
RRCA
MOVP2,A
CLRC
MOVA,P1
RLCA
MOVP1,A
LCALLDELAY
JNZTT3
LCALLDELAY
SJMPKK1
;***********************************************
KK1:
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#0FFH
LCALLDELAY1S
MOVP2,#0FEH
LL1:
MOVA,P2
RLCA
MOVP2,A
MOVA,P1
RLCA
MOVP1,A
JNZLL1
LCALLDELAY1S
SJMPK2
;**********************************************
K2:
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#0FFH
LCALLDELAY1
TT8:
CLRC
MOVA,P2
RLCA
MOVP2,A
CLRC
MOVA,P1
RRCA
MOVP1,A
LCALLDELAY2
JNZTT8
LCALLDELAY
SJMPKK2
;***************************************************************
KK2:
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#0FFH
LCALLDELAY
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#0FFH
T1:
DECP1
DECP2
LCALLDELAY0
SJMPK3
DELAY0:
MOVR1,#20
Q1:
MOVR2,#100
Q2:
MOVR3,#250
DJNZR3,$
DJNZR2,Q2
DJNZR1,Q1
RET
;************************************************
K3:
MOVP2,#0FFH
MOVP1,#0FFH
LCALLDELAYLS
MOVP2,#0FCH
MOVP1,#0FFH
LCALLDELAYLS
MOVP2,#0EBH
MOVP1,#0FFH
LCALLDELAYLS
MOVP2,#0AFH
MOVP1,#0FFH
LCALL
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 彩灯 控制器 设计