单片机节日彩灯控制器设计彩灯控制器.doc

单片机节日彩灯控制器设计彩灯控制器一、设计任务与要求(1)PD0: 开始,按此键则灯开始流动（由上而下）；(2)PD1: 停止,按此键则停止流动,所有灯为暗；(3)PD2: 上,按此键则灯由上向下流动；(4)PD3: 下,按此键则灯由下向上流动。二、方案设计与论证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,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,影响彩灯效果,因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。 本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设计,来达到本设计的要求。其硬件构成框图如图所示,以单片机为核心控制,由单片机最小系统,时钟电路、复位电路、电源、按键控制电路、LED发光二极管和5V直流电源电路组成。时钟电路复位电路LED彩灯显示按键控制电路AVR单片机直流5V电源 图2 单片机彩灯循环控制系统硬件框图 此设计方案中单片机的PD口接4路按键控制电路,实现彩灯花型的切换功能,单片机上的PB口接8路LED发光二极管组成彩灯电路,显示彩灯循环情况。1、总体流程图设计开始正向循环开始键按下？是否停止键按下？正向键按下？灯全灭是否是否反向键按下？反向循环是正向键按下？否停止键按下？是否是否 图2程序流程图2、键盘设计论证方案一、独立式 独立式键盘是各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响到其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断那个键被按下了。 独立式按键电路配置灵活，软件简单，但每个按键需要占用一根输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。按键直接与单片机的I/O 口线相接，通过读 I/O 口，判定 I/O 口线的电平状态，即可识别出按下的按键。方案二、行列式 矩阵式键盘也称行列式键盘适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。如下图所示,一个4X4 的行列结构可以构成一个 16 个按键的键盘。很明显，在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立式键盘相比，要节省很多的 I/O 口线。综上所述，本设计结构比较简单，所需按键较少就可以实现功能设计，故选择独立式键盘设计。三、单元电路设计与参数计算1、led彩灯模块设计本设计使用PB口做输出端口来控制led灯的闪亮与灭掉，连接8个发光二极管的阴极。8个发光二极管采用了共阳极设计，并且VCC通过pnp型三极管给二极管供电（vcc送发射极，集电极与二极管阳极连接，单片机通过PA2来控制二极管阳极电压供给）-（限流电阻R取值为1K）具体硬件设计如下图所示：-2、按键模块设计由于在单片机按键操作中，存在按键抖动的问题，会造成取值不稳定的情况，如下图即为按键操作波形:键按下按键操作波形所以必须考虑去抖动的问题，解决方法有如下两种：l 消除按键的抖动既可采用硬件方法，也可采用软件的方法。使用硬件消抖的方式，需要在按键连接的硬件设计上增加硬件消抖电路，如采用R-S触发器或RC积分电路等。采用硬件消抖方式增加了系统的成本，而利用软件方式消抖则是比较经济的做法，但增加了软件设计的复杂性。l 软件方式消抖的基本原理是在软件中对按键进行两次测试确认，即在第 一次检测到按键按下后，间隔10ms左右再次检测该按键是否按下，只有在 两次都测到按键按下时才最终确认有键按下，从而消除了抖动的影响。由于用软件方式消抖比较方便，比较经济，而硬件消抖即复杂又不经济，所以本次设计我们采用的是软件消抖。需特别注意的是：在按键接口软件中，除了要考虑按键消抖外，一般还要判别按键的释放，只有检测到按键释放以后，才能确定为一次完整的按键动作完成。 硬件按键设计如下：四、总原理图及元器件清单1总原理图功能说明：S1-开始，按此键，灯开始流动（从上到下）S2-停止，按此键，灯停止流动（灭灯）S3-上，按此键，灯从上而下流动S4-下，按此键，灯从下而上流动2元件清单元件序号元件说明数量备注Atmega16单片机芯片1R1R9限流电阻91KLED发光二极管8KEY按键开关4Q1三极管1Pnp型五、功能仿真实现1、开始：从上到下流动点亮2、反向：从下向上流动点亮3、停止：灭灯六、安装与调试七、结论与心得本次课程设计既要求我们对知识掌握的牢固，又要求我们对知识能够灵活运用。从所涉及的知识面来说，它不仅要求我们运用所学过的知识还要求我们去查找，学习，借鉴其他科目或门类的知识。从时间上来说，这次设计的时间是最长的，因此我们有足够的时间去重新温习学过的知识，更有充足的时间去搜集学习一些我们没有涉猎过的知识。这样不仅锻炼了我们学习新知识的能力，同时也拓宽了我们的知识面。并且我们还有足够时间去修改我们的设计中的缺陷，这也是对我们将来走入社会独立完成一项课题的考验。我们经过将近两周的努力，终于完成本次创新课程设计，过程虽是辛苦的，但从中我们却学到了很多东西。首先巩固了课上学习的理论知识，对于计算机C语言的系统化整体化有了更深的认识。整个设计过程最大的收获就是意识到理论知识扎实的重要性，实践是建立在理论之上的，平时的基础知识很重要。另外就是合作的重要性，每个人都有他的特长一个人难免有疏漏，只有大家共同努力才能顺利的完成任务。通过本次课程设计，提高了我们的自学能力，提高了理论联系实际的能力，把自己所学应用到实验中，对所用到的硬件有了更加深刻的理解；同时我们更加明白团结合作、分工合作的重要性，提高了团结合作的能力与做事效率。提高了我们克服困难的信心与决心。 八、参考文献1马潮编著.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第二版） 北京航空航天大学出版社 2011年8月。 2周兴华编著.手把手教你学单片机C程序设计 北京航空航天大学出版社 2008年6月。 3、童诗白、华成英主编.模拟电子技术基础 高等教育出版社。附录：1、设计程序代码程序代码如下：#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charvoid delay_ms(uint com) uint i,j; for(i=0;icom;i+) for(j=0;j1194;j+); uchar key_press() uchar a; DDRD|=0X0F; PORTD|=0X0F; DDRD&=0XF0; a=PIND; a &=0x0F; if(a=0X0F) return 0;elsereturn 1; uchar key_scan() uchar a; delay_ms(10); if(key_press() a=PIND; a &=0x0F; switch(a) case 0x0E: a=1;break; case 0x0D: a=2;break; case 0x0B: a=3;break; case 0x07: a=4;break; default : a=16; while(key_press(); else a=16; return a; void zhengxiang(void) unsigned int i; for(i=0;i0;i) PORTB=BIT(-i); delay_ms(200); void main(void) uchar i,j=0,a=0; DDRA=BIT(2); PORTA=0x00; DDRB=0XFF;/ PORTB=0XFF; while(1) PORTB=0XFF; /将LED关闭 i=key_press(); if(i) a=key_scan(); switch(a) case 1:zhengxiang();j=1; break;case 2:/stop(); j=0;break;case 3: if(j) zhengxiang(); break;case 4:if(j) fanxiang();break;default :/stop();j=0; 2. 电路板实物图3.别人提的问题，及回答。