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1、 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
2、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.I1 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
3、)2.1 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
4、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
5、、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，
6、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MCS51系列单片机应用尤为广泛。MCS51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
7、用方便、性能可靠、价格低廉等特点。自1976年9月Intel公司推出MCS48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MCS48系列基础上又推出了高性能的MCS51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MCS51系列单片机应用尤为广泛。随着经
8、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
9、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 21 单片机的组成部分MCS-51的内部结构，包含下列几个部件：（） 一个位CPU；（） KB ROM程序存储器；（） 两个位定时器计数器；（） 条可编程的I/O线（四个位并行I/O端口）；（） 一个片内振荡器及时钟电路；（） B RAM数据存储器；（） 可寻址KB外部数据存储器和KB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；（） 具有个中断源、个优先级嵌套中断结构。其功能结构框图如
10、下：振荡器及定时电路8051CPU程序存储器4KB ROM数据存储器B2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
11、，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 0000HMOV 40H,#01HMOV 41H,#02HMOV R0，#40H ；设R0为数据指针MOV A,R0 ；取N1INC R0 ；修改指针ADD A,R0 ；N1+N2INC R0MOV R0,A ；存结果END2.4 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
12、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。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 ORG 0000H MOV R1，#40H MOV A,R1 ANL A,#0FH SWAP A INC R1 XCH A,R1 A
13、NL 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40
14、H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 R03. 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，
15、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，
16、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C
17、LOCK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
18、）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，#0FE
19、H 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，20092 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,20033 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，20034 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,20065 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
