毕业论文

郑州职业技术学院 毕业（论文） 单片机LED彩灯循环控制 系 别： 学生姓名： 专业班级： 学 号： 指导教师： 2012年 02 月 25 日 郑州职业技术学院 毕业设计（论文） 独创性声明 本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文版权使用授权 本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业论文的规定，即：学校有权保留并向有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权郑州职业技术学院要以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。 保密□，在________年解密后适用本授权书. 本论文属于 不保密□。 （请在以上方框内打“√”） 毕业论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 郑州职业技术学院 毕业设计（论文） 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，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 郑州职业技术学院 毕业设计（论文） 目 录 摘要.....................................................I 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) 单片机的内部结构.....................................(4) 单片机的组成部分.................................... (4) 2.2 单片机的硬件资源....................................(4) 2.3 MCS-51的指令系统...................................(5) 2.4 MCS-51程序设计.....................................(6) 3 LED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、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： 一个８位CPU； ４KB ROM程序存储器； 两个１６位定时器／计数器； ３２条可编程的I/O线（四个８位并行I/O端口）； 一个片内振荡器及时钟电路； １２８B RAM数据存储器； 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； 一个可编程全双工串行口； 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： 2.3 MCS-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： ORG 0000H MOV 40H,#01H MOV 41H,#02H MOV R0，#40H ；设R0为数据指针 MOV A,@R0 ；取N1 INC R0 ；修改指针 ADD A,@R0 ；N1+N2 INC R0 MOV @R0,A ；存结果 END 2.4 MCS-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RAM 40H、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。 ORG 0000H MOV R1，#40H MOV A,@R1 ANL A,#0FH SWAP A INC R1 XCH A,@R1 ANL A,#0FH ORL A,@R1 INC 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。 ORG 0000H ST1 EQU 8040H CLR C MOV DPTR,#ST1 MOVX A,@DPTR MOV R2，A INC DPTR MOVX A,@DPTR SUBB A,R2 JNC BIG1 XCH A,R2 BIG0: INC DPTR MOVX @DPTR,A RET BIG1：MOVX A,@DPTR SJMP BIG0 END 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。 ORG 0000H INC DPTR MOV RO,40H DJNZ R7,LOOP MOV DPTR,#2000H END MOV R7，#08 LOOP: MOV A,@R0 MOVX @DPTR,A INC R0 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220 V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12 V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5 V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12 V，5 V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花样亮灯模式为主程序，以一个单位时间5 ms的T0定时为中断服务子程序。在这个5 ms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Mode l_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）、 5 ms中断服务子程序(T0 Interrupt)、键盘扫描处理子程序（Key Board）、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Mo del_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L ED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： ORG 0000H LOP: MOV P1，#0FEH MOV P1，#0BFH ACALL DEL ACALL DEL MOV P1，#0FDH MOV P1,7FH ACALL DEL ACALL DEL MOV P1，#0FBH AJMP LOP ACALL DEL DEL: MOV R7，#0FFH MOV P1, #0F7H DEL1：MOV R6，#0FFH ACALL DEL DEL2：DJNZ R6，DEL2 MOV P1，#0FEH DJNZ R7,DEL1 ACALL DEL RET MOV P1，#0FDH ACALL DEL 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。 振荡器及 定时电路 8051CPU 程序存储器4KB ROM 数据存储器１２８B 2个16位定时器/计数器 64K总线扩展控制器 可编程I/O 可编程串行口 开始 （40H）内容送A，屏蔽高位，交换高低位 取（41H）内容，屏蔽高位，送A 两低半字节或后送（42H） 返回