基于单片机的彩灯控制系统

论文总字数：13458字

摘 要

本设计详细说明了LED彩灯控制系统的硬件设计和软件设计，其主控核心是单片机AT89C51，与复位电路、时钟电路、电源电路、驱动电路和LED显示电路等相结合构成整个彩灯控制系统。系统可以实现彩灯右移、左移以及蛇形变化功能。本系统具有体积小、功能强及成本低等主要特点，可靠性较高。

关键词：LED彩灯，AT89C51单片机，彩灯控制器

Abstract：This design details the hardware design and software design of the LED lantern control system. The main control core is the single-chip AT89C51, which is combined with a reset circuit, a clock circuit, a power circuit, a drive circuit, and an LED display circuit to form an entire lantern control system. . The system can realize right-shifting, left-shifting, and serpentine change functions. The system has the main features of small size, strong functions and low cost, and has high reliability.

Keywords：LED lights, AT89C51 single chip microcomputer, Color lamp controller

目录

1 前言 4

2 系统总体设计 4

2.1 设计内容 4

2.2 设计框图 5

3 硬件设计 5

3.1 芯片介绍 5

3.2 电源电路 8

3.3 时钟电路 9

3.4 复位电路 9

3.5 LED灯显示电路 10

3.6 频率调节按键电路 10

4 软件设计 11

4.1 主函数流程图 11

4.2 中断函数流程图 12

5 系统调试、仿真与测试 13

5.1 调试 13

5.2 仿真 13

5.3 测试 14

结论 17

参考文献 18

致谢 19

附录 20

（一）原理图 20

（二）源程序 21

1 前言

随着时代的不断发展进步，人们的生活环境得到了改善，单片机的发展及应用也得到了提高，到处都能看见各式各样的彩灯，它色彩丰富、造价低廉而且控制简单，这些特点使得LED彩灯得到了广泛的应用。人们开始用LED彩灯来装饰街道，用彩灯来美化城市建筑物等等，似乎这已经成为了一种潮流，成为了人们生活环境的一道亮丽的风景线。因为人们生活水平的提高和对身边产品要求多样化的增强，人们已经不能满足于亮灯效果简单的彩灯了。现在市场上基本都是用全硬件电路实现的LED彩灯控制器，芯片过多、功率损耗大。制成成品之后，闪亮的模式固定不变，不能随时随地改变LED彩灯点亮的时间、花样、频率等参数。而且从功能上看，LED彩灯花样简单，可操作性比较差。为了有更好的亮灯效果，需要对已有的彩灯控制器进行升级。

LED灯颜色丰富，可以表达出很多的信息。迄今为止，国内许多发达城市用的彩灯控制器都是比较传统的循环式的,它们的模式单一，电路复杂，浪费现象严重，也不实用，逐渐被人们淘汰。而单片机具有成本低、体积小、功能强以及应用面广等优点， 所以新一代的利用单片机功能实现的彩灯控制器正在兴起，它们的选择功能比传统的彩灯控制器更多，其控制核心就是单片机。LED彩灯成本低、发光纯度高、寿命长，所以人们已经开始研究基于单片机方面的彩灯控制器，不仅增加了花样，而且对环境没有污染，到现在为止，已经投入运行的一些线路反映良好，而且也普遍地开始在中小城市进行推广使用，发展前景和空间非常大。现在的LED彩灯已经有了更高的可操作性。本系统就是利用单片机实现对彩灯的各种控制,符合市场发展，对LED彩灯控制器的发展有着非常积极的现实意义。

2 系统总体设计

2.1 设计内容

本设计介绍的是基于单片机的彩灯控制系统，核心芯片是AT89C51单片机。^[1]设计中用32个LED彩灯实现图案变换，其颜色排列顺序依次为红、黄、蓝、绿。当系统运行时，可实现彩灯图案进行右移、左移和蛇形变化，如此不断循环。在软件设计中，P0口通过芯片74LS245控制LED灯的阳极，阴极则是由P2.0、P2.1、P2.2、P2.3通过芯片ULN2803控制，右移时，P0口全部置高，通过74LS245芯片后，LED灯阳极为高电平，P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口电平依次置高（当P2.0口电平置高后，P2.1、P2.2、P2.3置为低电平，以此类推），通过ULN2803芯片反相后，LED灯阴极被控制端置为低电平，这样，第一列到第四列LED灯就会被依次点亮，形成LED灯右移现象。左移和蛇形变化原理同右移。另外，本系统可以使用中断延时以控制彩灯循环点亮的频率。

2.2 设计框图

图2-1 彩灯系统的总体设计框图^[2]

本设计介绍了一种彩灯控制系统，其控制核心是单片机AT89C51，与时钟电路、复位电路、电源电路、LED显示电路和驱动电路等相结合。其中，时钟电路是由晶振为系统提供基本的时钟信号；复位电路是为了防止程序运行出错或操作错误或系统死机；电源电路为整块电路板提供电源；驱动电路是让单片机通过反相驱动芯片ULN2803，来保证LED灯能正常显示运行；LED显示电路是利用软件编辑实现彩灯右移、左移以及蛇形变化并按顺序循环下去的效果。

3 硬件设计

3.1 芯片介绍

3.1.1 AT89C51芯片

图3-1 AT89C51芯片引脚图

AT89C51芯片的引脚说明^[3]：

（1）VCC（40脚）：供电引脚，正常工作时，接 5V电源。

（2）GND（20脚）：接地引脚。

（3）P0口（32-39脚）：P0.0-P0.7是输入/输出引脚，P0口是一个8位开路双向输入/输出接口，各个引脚都可驱动8TTL负载。不仅可以当作通用I/O接口使用，而且当需要进行外部扩展时，它可以用作地址总线的低8位和数据总线的分时复用口，进行FIASH编程时，P0 口输出原码。

（4）P1口（1-8脚）：P1.0-P1.7是输入/输出引脚，P1口是一个8位双向I输入/输出接口，内部有上拉电阻，一般作为通用输入/输出接口使用，P1口每脚都可吸收4TTL门电流。当它作为输入使用时，需要把锁存器置1，P1口被内部上拉为高电平；当有输出电流时，P1口被外部下拉为低电平。

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