基于单片机的LED彩灯控制器

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                    　　1? 引言
　　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。
　　本文提出了一种基于AT89S51单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。
　　2? 设计原理
　　2.1 MCS51
　　引脚说明
　　MCS单片机都采用40引脚的双列直插封装方式。图1为引脚排列图， 40条引脚说明如下：
　　（1）主电源引脚Vss和Vcc
　　① Vss接地
　　② Vcc正常操作时为+5伏电源
　　（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
　　① XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。
　　② XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。



图1 8051引脚排列图
　　（3）控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/PROG，EA和/Vpp
　　① RST/VPD 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位
　　在Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。
　　② ALE/PROG正常操作时为ALE功能（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲，ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL电路。?? 对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚接收编程脉P冲（PROG功能）
　　③PSEN外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间，在每个机器周期内两次有效。同样可以驱动八LSTTL输入。
　　④ EA/Vpp 、EA/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当EA/Vpp为高电平时，访问内部程序存储器，当/Vpp 为低电平时，则访问外部程序存储器。
　　对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚上加21伏EPROM编程电源（Vpp）。

            
                   
　　（4）输入/输出引脚P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。
　　① P0口（P0.0 - P0.7）是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。
　　② P1口（P1.0 - P1.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载……
　　③ P2口（P2.0 - P2.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。P2口可以驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载。
　　④ P3口（P3.0 - P3.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载。
　　2.2 LED显示数码管
　　LED有共阴极和共阳极两种。如图所示。二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电。






LED数码管结构原理图
　　AT89C2051芯片的20个引脚功能为：
　　VCC? 电源电压。
　　GND? 接地。
　　RST?? 复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。
　　XTAL1? 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
　　XTAL2? 来自反向振荡放大器的输出。
　　P1口? 8位双向I/O口。引脚P1.2～P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1” 后，可用作输入。在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。
　　P3口? 引脚P3.0～P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/0引脚。P3.6在内部已与片内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访问。P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。P3口也可用作特殊功能口。
?
　　2.3 中断指令
　　在CPU和外设交换信息时，存在着快速CPU和慢速外设间的矛盾，机器内部有时也可能出现突发事件，为此，计算机中通常采用中断技术。
　　CPU和外设并行工作，当外设数据准备好（ 或有某种突发事件发生）时向CPU提出请求，CPU暂停正在执行的程序转而为该外设服务（或处 理紧急事件），处理完毕再回到原断点继续执行原程序。
　　中断优先级：当有多个中断源同时 向CPU申请中断时，CPU优先响应最需紧急处理的中断请求，处理完毕再响应优先级别较低的 ，这种预先安排的响应次序。

            
                   
　　中断的嵌套：在中断系统中，高优先级的 中断请求能中断正在进行的较低级的中断源处理，
　　（1）中断技术是实时控制中的常用技术，51系列单片机有三个内部中断，二个外部中断。所谓 外部中断就是在外部引脚上有产生中断所需要的信号。
　　每个中断源有固定的中断服务程序的入口地址（称矢量地址或向量地址）。当CPU响应中断以 后单片机内部硬件保证它能自动的跳转到该地址。因此，此地址是应该熟记的，在汇编程序 中，中断服务程序应存放在正确的向量地址内。
　　（或存放一条转移指令）；而在C语言中是靠Interrupt n的关键字n自动设置的。
　　（2）单片机的中断是靠内部的寄存器管理的，这就是中断允许寄存器IE，中断优先权寄存器IP ，必须在CPU开中断即开全局中断开关EA，开各中断源的中断开关，CPU才能响应该中断源的 中断请求，其中缺一不可。
　　（3）从程序表面看来，主程序和中断服务程序好象是没有关连的，只有掌握中断响应的过程， 才能理解中断的发生和返回，看得懂中断程序，并能编写高质量中断程序。
?
表2.1 常用中断
?
符号

名 称

中 断 引 起 原 因

中断服务程序入口


INT0

外部中断0

P3.2引脚的低电平或下降沿信号

0003H
?


INT1

外部中断1
?

P3.3引脚的低电平或下降沿信号

0013H
?


T0

定时器0中断

定时计数器0计数回零溢出

000BH


T1

定时器1中断

定时计数器1计数回零溢出

001BH


T2

定时器2中断

定时计数器2中断(TF2或T2EX信号）

002BH
?


TI/RI

串行口中断

串行通信完成一帧数据发送或接收引起中断

0023H
　　3? 硬件原理图
　　晶振（12MHz）定时1秒，对于12MHz的晶振而言，其时钟周期T=1/f=1/12us,而89C51的一个机器周期包括12个时钟周期，所以一个机器周期为1us，对于T0而言，使之工作于16-bit，最大计时为65536*1=65536us，需要多次定时才能实现一秒定时。



　　4? 软件设计
　　4.1 流程图




            
                   
　　4.2 源程序
　　ORG 0000H???????????????????? ;中断入口程序；
　　LJMP START
　　ORG 0003H
　　RETI
　　ORG 000BH
　　RETI
　　ORG 0013H
　　RETI
　　ORG 001BH
　　RETI
　　CLEAR: RET;??????????????? ; 初始化程序
　　;START:ACALL CLEAR???????? ; 主 程 序
　　STAR1:MOV P3,#0FFH
　　JNB P3.2,FUN2
　　JNB P3.3,FUN3????????????? ;关闭按纽
　　JNB P3.4,FUN0
　　JNB P3.5,FUN1
　　JNB F0,STAR1?????????????? ;曾经有键按下F0置1
　　RET;
　　FUN0CALL DL10MS????????? ;消除抖动
　　JB P3.4,STAR1
　　WAITL0:JNB P3.4,WAITL0???? ;等待键释放
　　SETB F0
　　FUN01CALL FUN00
　　LCALL STAR1
　　LJMP FUN01;
　　FUN1CALL DL10MS????????? ;消除抖动
　　JB P3.5,STAR1
　　WAITL1:JNB P3.5,WAITL1?????? ;等待键释放
　　SETB F0
　　FUN10CALL FUN11
　　LCALL STAR1
　　LJMP FUN10;
　　FUN2CALL DL10MS??????????? ;消除抖动
　　JB P3.2,STAR1
　　WAITL2:JNB P3.2,WAITL2?????? ;等待键释放
　　SETB F0
　　FUN20CALL FUN22
　　LCALL STAR1
　　LJMP FUN20;
　　FUN3CALL DL10MS??????????? ;消除抖动
　　JB P3.3,STAR1
　　WAITL3:JNB P3.3,WAITL3?????? ;等待键释放
　　CLR F0
　　MOV P1,#0FFH???????????????? ;关显示
　　LJMP STAR1;
　　FUN00:MOV A,#0FEH??????????? ；从P1.0到P1.7移动点亮
　　FUN000:MOV P0,A
　　LCALL DL05S
　　JNB ACC.7,OUT
　　RL A
　　AJMP FUN000
　　OUT: RET;
　　FUN11:MOV A,#0FEH??????????? ；从P1.0到P1.7依次点亮
　　FUN111:MOV P1,A
　　LCALL DL05S
　　JZ OUT
　　RL A
　　ANL A,P1
　　AJMP FUN111;
　　FUN22:MOV A,#0FEH?????????????? ；间隔点亮
　　FUN222:MOV P1,A
　　LCALL DL01S
　　CPL A
　　RL A
　　MOV P1,A
　　LCALL DL01S
　　RET;
　　FUN33: MOV A,#01H???????????????? ；逐点熄灭
　　FUN333: MOV P1,A
　　LCALL DL01S
　　JNZ OUT
　　RL A
　　ORL A,P1
　　AJMP FUN333
　　DL01S:MOV R2,#0FFH????????????? ; 延时程序
　　MOV R7，#02H
　　LOOP1: DJNZ R2,LOOP1
　　LOOP5：DJNZ R7，DL512
　　RET
　　DL10MS:MOV R3,#14H
　　LOOP2: LCALL DL512
　　DJNZ R3,LOOP2
　　RET
　　DL05S:MOV R4,#0AH
　　LOOP3: LCALL DL10MS
　　DJNZ R4,LOOP3
　　RET
　　DL30S:MOV R5,#03H
　　LOOP4CALL DL05S
　　DJNZ R5,LOOP4
　　RET
　　END
　　4.2一秒钟定时程序
　　MOV B,#0AH??????? ；允许中断
　　MOV TMOD,#01H???????? ；工作方式1
　　MOV TH0,#0B0H
　　MOV TL0,#3CH
　　SETB tr0??????????????? ；启动计数
　　SETB EA???????????????? ；开中断
　　BU:JBC TF0,SHI
　　SJMP BU
　　SHI:MOV TH0,#3CH
　　MOV TL0,#0B0H
　　RET