畢業(yè)設(shè)計（論文） ( 2010 屆 ) 題目 ： 單片機八路彩燈 系 別 計算機工程系 專業(yè)班級 07 電氣自動化技術(shù)（ 1）班 學(xué)生姓名 姚敏偉 學(xué) 號 0711030128 導(dǎo)師姓名 黎云漢 講師 成 績 20010 年 05 月 14 日 目 錄 目 錄 I 一、引言 - 1 - （ 一 ） 論文研究的意義 - 1 - （二）論文的主要內(nèi)容 - 1 - 二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 - 1 - （一）硬件電路分析 - 1 - （二）硬件電路設(shè)計 - 2 - 三、系統(tǒng)軟件設(shè)計 - 4 - （一）軟件編程分析 - 4 - （二）編程實現(xiàn) - 5 - 四、 的仿真實現(xiàn) - 7 - （一）工程項目的建立及畫原理圖 - 7 - （二）源程序編寫及 件的生成 - 8 - （三）仿真實現(xiàn) - 8 - 五、 原理圖和 的實現(xiàn) - 9 - （一）原理圖實現(xiàn)步驟 - 9 - （ 二 ） 繪制 - 11 - 六、總結(jié) - 12 - 參考文獻 - 13 - 致 謝 - 14 - 附錄： 源程序清單 - 15 - 附錄：元器件清單 - 20 - I 單片機八路彩燈 計算機工程系 07 電氣自動化技術(shù)（ 1）班 姚敏偉 指導(dǎo)教師：黎云漢 摘要： 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測 技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用 。本文 采用 片機 為核心，利用單片機內(nèi)部的定時器通過定時控制 I/O 輸出，模擬控制八路彩燈的變換，并且通過單片機的串口及開關(guān)驅(qū)動數(shù)碼管，實現(xiàn)彩燈各種模式及編號顯示，最后通過完成了軟件編程，并在 軟件環(huán)境下進行了模擬仿真，整個電路設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)簡單，用較少的 I/O 控制線就可以完成八路彩燈的模擬控制。 關(guān)鍵詞： 自動控制 八路彩燈 數(shù)碼管 1 - 一、引言 在單片機技術(shù) 日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路的設(shè)計和軟件的設(shè)計，讓單片機得到了廣泛的應(yīng)用 ， 起到了舉足輕重的作用 。各高校也越來越重視單片機的研發(fā)與研究。隨著單片機的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，大量的仿真軟件不斷的涌現(xiàn)。件是一款非常適合于做仿真模擬實驗的軟件。它 可以很好地接收或輸出各類通用圖形數(shù)據(jù) 。論文設(shè)計一種基于單片機實現(xiàn)八路彩燈電路，該電路能夠?qū)崟r顯示彩燈模式及編號，具有顯示精確，應(yīng)用廣泛等優(yōu)點。 （一） 論文研究的意義 目前市場上各式樣的 燈控制器大 多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制 作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式等動態(tài)參數(shù)。因此有必要對現(xiàn) 有的彩燈控制器進行改進 。 單片機小的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)幾乎是所有具有可編程硬件的一個縮影 。通過這次利用 單片機 實現(xiàn)八路彩燈模擬仿真控制 的學(xué)習(xí)和研究是對微機系統(tǒng)學(xué)習(xí)和研究的簡捷途徑 。 （二）論文的主要內(nèi)容 本文設(shè)計了一種基于單片機的八路彩燈。首先根據(jù)功能要求，擬定了系統(tǒng)的設(shè)計方案，在八路彩燈的設(shè)計中先簡單介紹了 片的應(yīng)用，確定利用單片機內(nèi)部定時器作定時控制，設(shè)計出原理圖。經(jīng)過系統(tǒng)分析，確定了編程思路，并在 編寫匯編源程序，然后在 境下實現(xiàn)了模擬仿真，最后在軟件 ，設(shè)計原理圖并將其轉(zhuǎn)換成 ，進行實物制作。 二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 （一）硬件電路分析 此設(shè)計的硬件電路主要核心為 片機，利用單片機實現(xiàn)智能顯示和按鍵設(shè)置八路彩燈功能 ，模擬彩燈各種模式的變換。硬件構(gòu)成主要有 - 2 - 片，外加一些簡單的晶振電路和復(fù)位電路以及數(shù)碼管等組成，具有外圍電路簡單而運作簡便，并且具有較好的變換方法，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 示。 圖 件結(jié)構(gòu)框圖 晶振電路：電路采用 12晶振以及兩個 30容構(gòu)成，具有產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，系統(tǒng)的機器周期為 1于實時控制。 復(fù)位電路：具有按鍵復(fù)位功能，即可以通過按復(fù)位鍵進行系統(tǒng)復(fù)位操作。以上兩部分與 起構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)。 彩燈顯示電路：具有顯示八路彩燈不同模式的功能，由電阻和發(fā)光二極管組成。 數(shù)碼顯示部分：采用七段數(shù)碼管，用于顯示彩燈的顯示模式編號。 按鍵設(shè)置部分：為一個按鍵，主要用于對各種模式的切換。 （二）硬件電路設(shè)計 因為本設(shè)計的電路結(jié)構(gòu)簡單，所以外圍電路較少，這樣既可節(jié)省 成本，也可以精簡電路結(jié)構(gòu)，就這樣采用單片機內(nèi)部的定時器進行硬件定時，對于精度上可能會受到影響，總的來說性能方面還是沒有減弱，硬件電路原理圖如圖 示。 - 3 - 圖 路原理圖 在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。單片機的 2晶振，與兩個 30p 的電容并聯(lián)接地，構(gòu)成 12晶振電路，使單片機系統(tǒng)的晶振頻率為 12片機的機器周期剛好為 1樣便于程序控制。 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 理是電阻給電容充電，電容的電壓緩慢上升直到 到 芯片復(fù)位腳近似低電平，于是芯片復(fù)位，接近 芯片復(fù)位腳近高電平，于是芯片停止復(fù)位，復(fù)位完成。本電路的復(fù)位電路有按鈕加電容和電阻構(gòu)成，一端連接到電源，另一端連接單片機的腳，當(dāng)按鈕按下時，電源電 壓通過電阻加載到 腳上，使 腳上為高電平，因此使系統(tǒng)不關(guān)閉電源就能產(chǎn)生復(fù)位操作。 這兩個電路再加上單片機 成了單片機的最小系統(tǒng)。 - 4 - 的 分別串聯(lián)有一個 560 歐姆的電阻和發(fā)光二極管，用于顯示八路彩燈的各種變換模式。當(dāng)按鍵開關(guān)按下，就產(chǎn)生低電平，促使單片機分別給了 電平，觸發(fā)發(fā)光二極管，從而依次按照程序設(shè)定的模式進行點亮，一直循環(huán)運行這種亮燈模式。 的 對應(yīng)的七段數(shù)碼管引腳相連，同時 開關(guān)與數(shù)碼管的接地端相連，這樣 就當(dāng)按下開關(guān)單片機控制顯示彩燈顯示電路的同時發(fā)送脈沖信號至數(shù)碼管顯示八路彩燈的相對應(yīng)的模式的編號。 這樣就構(gòu)成了一個完整的八路彩燈的硬件電路的框架。 三、系統(tǒng)軟件設(shè)計 （一）軟件編程分析 本設(shè)計采用 為硬件控制核心，程序流程圖如圖 示： 圖 序框圖 程序框圖解析：當(dāng)程序開始執(zhí)行，系統(tǒng)就會掃描時否有按鍵按下，若是沒有，則系統(tǒng)就不會繼續(xù)執(zhí)行下去，而是一直執(zhí)行這段程序。若是有則就會執(zhí)行判斷按- 5 - 鍵的次數(shù)是否大于 7，大于 7 則是數(shù)碼管顯示就清零，重新從 1 開始顯示，若是小于 7，則是在原來的基 礎(chǔ)上加 1，接著就執(zhí)行彩燈的顯示模式，若沒有按鍵按下，則是循環(huán)運行這段彩燈的亮燈模式，若有按鍵按下，則是跳轉(zhuǎn)到識別按鍵次數(shù)是否大于 7 那段程序重新開始執(zhí)行，接著就運行另外的數(shù)碼管顯示和彩燈亮燈模式。 （二）編程實現(xiàn) 1. 按鍵識別如下所示： 0H 1 有按鍵按下則繼續(xù)繼續(xù)進行下去，沒有按鍵按下則是執(zhí)行死循環(huán)。 2. 控制數(shù)碼管的數(shù)字累加顯示，關(guān)鍵代碼如下： A,#7, 2: A, A,A+A . 當(dāng)數(shù)碼管顯示數(shù)字 1 的時候，就會調(diào)用第一種亮燈顯示程序，按鍵沒有按下，程序就一直循環(huán)執(zhí)行第一種程序，若有按鍵切換到第二種方式時，程序就會自動跳轉(zhuǎn)到最開始調(diào)用第二種數(shù)字顯示和亮燈模式，關(guān)鍵代碼如下： 1,#1, 6 - 1 1 1: 1,#2,. 后段顯示程序主要用于數(shù)字延時的顯示，限于篇幅省略，詳細(xì)見附件。 5. 共陰極的數(shù)碼顯示碼轉(zhuǎn)換表如下： 表 碼管顯示碼轉(zhuǎn)換表 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 0 30H 1 06H 54H 3 40H 4 66H 99H 5 62H 6 72H 7 07H 70H 9 60H - 7 - 四、 的仿真實現(xiàn) （一）工程項目的建立及畫原理圖 1. 在 輯窗口中，單擊元件列表之上 的“ P”按鈕，添加如表 示的元件。 表 器件 元件名稱 所屬類 所屬子類 051 - 0 ED 2. 在 輯窗口中，繪制電路原理圖如圖 示。 圖 的原理圖 - 8 - （二）源程序編寫及 件的生成 1. 打開單片軟件開發(fā)系統(tǒng) 擊“ 單中的“ 在此下拉菜單中單擊“ 項后，彈出“ 話框，鍵入新建項目名稱。 2. 鍵入新建項目名稱并單擊“確定 ”按鈕后，在彈出的“ 話框中選擇合適的單片機型號，如 3. 單擊“ 單中的“ 在此菜單下，選擇“ ，打開一個空的文本編輯窗口，在此窗口中輸入程序，創(chuàng)建新的源程序“電子鐘的設(shè)計 文件。 4. 在左邊的“ 口的“ 中單擊文件組，在單擊鼠標(biāo)右鍵后，在彈出的窗口中選中“ ”選項，將“電子鐘的設(shè)計 序?qū)氲健?。 5. 在“ 拉菜單中，選擇“ 將會彈出“ 話框，在此對話框中選擇中“ 項卡的“ 項。 6. 在“ 拉菜單中，選擇“ 。若程序譯成功，將生成“八路彩燈的設(shè)計 （三）仿真實現(xiàn) 1. 在 輯窗口中， 雙擊 片，打開對話框，找到前面生成的電子鐘的設(shè)計 件，將其裝入單片機中。 2. 在 工具條中點擊仿真按鈕，進行電子鐘功能的仿真，具體方針效果如圖 示。 - 9 - 圖 際仿真效果圖 五、 原理圖和 的實現(xiàn) （一） 原理圖實現(xiàn)步驟 圖 原理圖的設(shè)計流程： 圖 理圖設(shè)計流程 1. 設(shè)計圖紙大?。菏紫葮?gòu)思好零件圖，設(shè)計好圖紙大小。圖紙大小是根據(jù)電路圖的規(guī)模和復(fù)雜程度而定的，設(shè)置合適的圖紙大小。 2. 設(shè)置 9 計環(huán)境：包括設(shè)置格點大小和類型，光- 10 - 標(biāo)類型等等，大多數(shù)參數(shù)也可以使用系統(tǒng)默認(rèn)值。 3. 旋轉(zhuǎn)零件：根據(jù)電路圖的需要，將零件從零件庫里取出放置到圖紙上，并對放置零件的序號、零件封裝進行定義和設(shè)定等。 4. 原理圖布線：利用 9 供的各種工具，將圖紙上的元件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號連接起來，構(gòu)成一個完整的原理圖。 5. 調(diào)整線路：將初步繪制好的電路圖作進一步的調(diào)整和修改，使得原理圖更加美觀。 6. 報表輸出 :通過 9 供的各種報表工具生成各種報表，其中最重要的報表是網(wǎng)絡(luò)表，通過網(wǎng)絡(luò)表為后續(xù)的電路板設(shè)計作準(zhǔn)備。 7. 文件保存及打印輸出 :最后的步驟是文件保存及打印輸出。 在 輯窗口中，繪制電路原理圖如圖 示： 圖 - 11 - （二） 繪制 . 畫出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫： 將自己所畫的器件都放入一個自己建立的 專用設(shè)計文件。 2. 設(shè)置 計環(huán)境： 進入 統(tǒng)后的第一步就是設(shè)置 計環(huán)境，包括設(shè) 置格點大小和類型，光標(biāo)類型，版層參數(shù)，布線參數(shù)等。 3. 打開所有要用到的 文件后，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件：網(wǎng)絡(luò)表是 動布線的靈魂，也是原理圖設(shè)計與印象電路版設(shè)計的接口，只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入后，才能進行電路版的布線。在原理圖設(shè)計的過程中， 查不會涉及到零件的封裝問題。因此，原理圖設(shè)計時，零件的封裝可能被遺忘，在引進網(wǎng)絡(luò)表時可以根據(jù)設(shè)計情況來修改或補充零件的封裝。 4. 布置零件封裝的位置： 以進行自動布局 ,也可以進行手動布局。如果進行自動布局，運行 “下面的 “ 布線的關(guān)鍵是布局，多數(shù)設(shè)計者采用手動布局的形式。用鼠標(biāo)選中一個元件，按住鼠標(biāo)左鍵不放，拖住這個元件到達(dá)目的地，放開左鍵，將該元件固定。 5. 布線規(guī)則設(shè)置：選 般需要重新設(shè)置以下幾點 :1、安全間距 (簽的 2、走線層面和方向（ 簽的3、過孔形狀（ 簽的 4、走線線寬（ 簽的 5、敷銅連接形狀的設(shè)置（ 。 6. 自動布線和手工調(diào)整： 1、點擊菜單命令 自動布線功能進行設(shè)置 2、點擊菜單命令 始自動布線 3、對布線進行手工初步調(diào)整。若軟件運行成功就會在 “ 八路彩燈 文件里生成如圖 - 12 - 圖 5.3 六、總結(jié) 本文通過分析系統(tǒng)功能需求，擬定了硬件電路的實現(xiàn)方案，通過對硬件電路分析和軟件編程分析， 完成了八路彩燈的系統(tǒng)設(shè)計，并在 境下實現(xiàn)了八路彩燈的仿真，并且在 設(shè)計 ，只要對本設(shè)計稍加改動，用實際電路板來完成設(shè)計，即可作為八路彩燈，也可以作為廣告等相應(yīng)日常營業(yè)場所的一部分嵌入到設(shè)備中用于彩燈裝飾使用，具有較高的使用價值。 - 13 - 參考文獻 1 陳建鐸 . 單片機原理及應(yīng)用 . 科學(xué)出版社 . 2005 2 胡輝 . 單片機原理及應(yīng)用設(shè)計，中國水利水電出版社 . 2005 3 雎丙東 . 魏澤鼎 電子工業(yè)出版社 . 2005 4 陳小忠 . 黃 寧 民郵電出版社 . 2005 5 祁偉 . 楊亭 51 程序設(shè)計教程與試驗，北京航空航天大學(xué)出版社 . 2006 6 李朝清 . 單片機原理及接口技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社 . 2005 7 李中發(fā) . 電子技術(shù)基礎(chǔ) 中國水利水電出版社 . 2006 8 侯玉寶 . 基于 51 系列單片機設(shè)計與仿真 . 電子工業(yè)出版社 . 2008 9 郭建江 . 單片機技術(shù)及應(yīng)用 . 南京：東南大學(xué)出版社 . 2008 10 李廣弟等 . 單片機基礎(chǔ) . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 . 2001 - 14 - 致 謝 在這次的畢業(yè)設(shè)計中，我要衷心地感謝我的 指導(dǎo)老師 黎云漢老師， 我從 他 身上學(xué)到了很多東西。 他 認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我 受益 匪淺 。平時他雖然課務(wù)繁忙但是總是抽出時間來輔導(dǎo)我們，我非常感動，他那認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作的態(tài)度，讓我感到他是一位對我無私奉獻的老師。 無論在理論 分析 上 ， 還是在實踐 指導(dǎo) 中， 他 都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高 ， 這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有 很 大的幫助 。 感謝 他 耐心的輔導(dǎo) 與幫助，使我能夠及時、順利地完成此次的畢業(yè)設(shè)計 。 姚敏偉 2010 年 05 月 14 日 - 15 - 附錄： 源程序清單 0H 1 A,#7, 2: A, A,A+ 1,1,#1