郑州轻工业学院微控制器应用课程设计彩灯控制器设计院（系）：电子信息工程专业：电信11-01学号：姓名：指导老师：***完成时间：2015年1月10日郑州轻工业学院课程设计任务书题目彩灯控制器设计专业、班级电信11-01 学号 541 姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、主要内容：①熟悉单片机应用系统的设计方法和规范，达到综合的目的。
②学习文件检索和查找数据手册的能力。
③学习protel软件的使用。
④学会整理和总结设计文档报告。
二、基本要求：①以MCS-51系列单片机为核心，设计了一种多花样（至少8种以上）自动切换的彩灯控制器。
②随着彩灯显示图案的变化，发出不同的音响声。
③彩灯显示的不同形式可由不同进制计数器驱动LED显示完成。
④音响由选择不同频率CP脉冲驱动扬声器形成。
三、主要参考资料：①张毅坤等单片微型计算机原理及应用西安西安电子科技大学出版社②李建忠编著单片机原理及应用西安西安电子科技大学出版社完成期限：指导教师签名：课程负责人签名：2015年 1月 17日目录目录 (1)摘要 (2)1 设计要求 (3)2 设计方案 (3)3 硬件介绍 (3)3.1 AT89C51芯片 (3)3.2 LED彩灯 (4)3.3 扬声器 (4)4硬件电路 (5)4.1上电复位电路 (5)5 软件设计 (7)5.1源程序 (8)5.2调试仿真 (12)总结 (14)参考文献 (15)附录1 元器清单 (16)附录2原理图 (17)摘要电子技术发展迅速，彩灯控制器的种类越来越多，本设计用单片机AT89C51结合LED制作了一种新型的LED彩灯控制系统的设计方法，以AT89C51单片机作为主控核心，利用软件编程实现对LED彩灯和扬声器进行控制，实现多花样自动切换，彩灯显示图案变化的同时，扬声器发出不同的音响声。
本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单、用处广、易于制作及容易操作等优点。
关键字：LED彩灯；AT89C51单片机；彩灯控制器；扬声器1 设计要求以MCS-51系列单片机为核心，设计了一种多花样（至少8种以上）自动切换的彩灯控制器。
随着彩灯显示图案的变化，发出不同的音响声。
彩灯显示的不同形式可由不同进制计数器驱动LED显示完成。
音响由选择不同频率CP脉冲驱动扬声器形成。
2 设计方案本系统核心硬件为AT89C51单片机，用于控制LED彩灯和扬声器，以高低电平控制LED灯的明灭，通过LED彩灯明灭以显示不同图案花样，让彩灯整体达到美轮美奂的视觉效果。
同时，以单片机端口的高低电平变化产生脉冲，驱动扬声器发声，以不同频率的脉冲让扬声器发出不同声音，已达到视觉听觉同时感受的效果。
3 硬件介绍3.1 AT89C51芯片AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
本系统以AT89C51为控制核心，电路结构简洁，易制作、操作，使用方便。
3.2 LED彩灯LED彩灯是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P 区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED 灯发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
LED灯非常节能，白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4；寿命长，寿命可达10万小时以上,对普通家庭照明可谓"一劳永逸"；可以工作在高速状态.节能灯如果频繁的启动或关断灯丝就会发黑很快的坏掉；环保，没有汞的有害物质。
LED灯泡的组装部件可以非常容易的拆装，不用厂家回收都可以通过其它人回收；固态封装，属于冷光源类型。
所以它很方便运输和安装，可以被装置在任何微型和封闭的设备中，不怕振动，基本上用不着考虑散热。
本系统中，主要利用LED彩灯的低耗节能使用时间长等特性，便于电路的设计制作。
3.3 扬声器扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的影响很大。
扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件，而对于音响效果而言，它又是一个最重要的部件。
扬声器的种类繁多，而且价格相差很大。
音频电能通过电磁，压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振（共鸣）而发出声音。
4硬件电路4.1上电复位电路上电压从无到有在RESET处会先处于高电平一段时间，然后由于该点通过电阻接地则RESET该点的电平会逐渐的改变为低电平，从而使得单片机复位口电平从1到0，达到给单片机复位的功能。
这样一种复位方式就是所谓上电复位。
电容在上接高电平，电阻在下接地，中间为RST。
这种复位电路为高电平复位。
其工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。
本系统中，上电启动和复位电路组合为一个电路，结构简单，操作方便。
如图1图1 上电复位电路4.2时钟电路为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，时钟电路一般由晶体振荡器、晶震控制芯片和电容组成。
晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢。
本系统中采用11.0592MHz晶振，和两个30pF电容，结构简单。
如图2图2 时钟电路4.3LED彩灯电路本系统中采用8个LED彩灯来显示图案变化，为保护电路，另外串联1k欧姆的电阻，电路中采用8电阻的并阻，使电路更简洁。
如图3图3 LED彩灯4.4扬声器电路由于单片机I/O口输出电流非常小，不能让扬声器正常工作，系统中扬声器通过三极管放大。
如图4图4 扬声器4.5硬件总电路系统中以AT89C51单片机为控制核心，P2口控制LED彩灯使其自动变化，显示8种不同图案，同时P1.5口控制扬声器，图案变化的同时，发出不同声音，电路结构简单，易于制作，图案自动变化，操作方便。
如图5 硬件电路图5 硬件电路5 软件设计本系统主要是控制LED彩灯自动变化8中图案的同时扬声器发出不同声音。
设计中是控制8个LED灯，以不同亮灭，完成图案变化；而产生不同的响声，是依靠单片机发出不同频率脉冲完成的。
5.1源程序在LED彩灯控制中，设计中利用控制P2口高低电平来控制LED灯的亮灭，间断时间用了延时程序：void dalay(unsigned int z)//延时程序,延时10m秒{unsigned char i,j;for(z;z>0;z--)for(i=38;i>0;i--)for(j=130;j>0;j--);}扬声器的不同响声，设计中调用了子程序：void bee(unsigned int mm){p1=0;dalay(mm);p1=1;dalay(mm);// }}源程序：#include<reg52.h>#include<intrins.h>unsigned char n;sbit p1=P1^5;void dalay(unsigned int z)//延时程序延时10m秒{unsigned char i,j;for(z;z>0;z--)for(i=38;i>0;i--)for(j=130;j>0;j--);}void bee(unsigned int mm) //扬声器子程序{p1=0;dalay(mm);p1=1;dalay(mm);}void main(){ unsigned char tem,ten;unsigned int aa,bb;for(aa=0;aa<2;aa++) //1从右向左依次灭亮{tem=0x01;for(bb=0;bb<8;bb++){P2=tem;dalay(50);tem=_crol_(tem,1);bee(2);}}for(aa=0;aa<2;aa++)//2从左向右依次灭亮{tem=0x80;for(bb=0;bb<8;bb++){P2=tem;dalay(50);tem=_cror_(tem,1);bee(4);}}for(aa=0;aa<2;aa++) //3从两边齐向中心灭亮{tem=0x01;ten=0x80;for(bb=0;bb<16;bb++){P2=(tem+ten);dalay(50);tem=_crol_(tem,1);ten=_cror_(ten,1);bee(6);}}for(aa=0;aa<2;aa++) //4从两边向中心交替灭亮{tem=0x01;ten=0x80;for(bb=0;bb<16;bb++){if(bb%2==0)P2=tem;else P2=ten;dalay(50);tem=_crol_(tem,1);ten=_cror_(ten,1);bee(8);}for(aa=0;aa<2;aa++)//5从左向右依次灭{tem=0x80;for(bb=0;bb<8;bb++){P2=(P2+tem);dalay(50);tem=_cror_(tem,1);bee(10);}}for(aa=0;aa<2;aa++)//6从右向左依次点亮灭{tem=0x01;for(bb=0;bb<8;bb++){P2=(P2+tem);dalay(50);tem=_crol_(tem,1);bee(12);}}for(aa=0;aa<2;aa++)//7从右向左依次点亮{tem=0x01;P2=0xff;for(bb=0;bb<8;bb++)P2=(P2-tem);dalay(50);tem=_crol_(tem,1);bee(14);}}for(aa=0;aa<2;aa++)//8从左向右依次点亮{tem=0x80;P2=0xff;for(bb=0;bb<8;bb++){P2=(P2-tem);dalay(50);tem=_cror_(tem,1);bee(16);}}}5.2调试仿真结合原理图和源程序，设计中用了PROTEUS仿真，如图6图6 仿真总结本系统中，采用AT89C51单片机为控制核心，电路结构简单，便于制作。