单片机节日彩灯控制器设计彩灯控制器.docx
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单片机节日彩灯控制器设计彩灯控制器
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。
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
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:
所以必须考虑去抖动的问题,解决方法有如下两种:
●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。
●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
1
R1—R9
限流电阻
9
1K
LED
发光二极管
8
KEY
按键开关
4
Q1
三极管
1
Pnp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
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
voiddelay_ms(uintcom)
{
uinti,j;
for(i=0;i for(j=0;j<1194;j++); } ucharkey_press() { uchara; DDRD|=0X0F; PORTD|=0X0F; DDRD&=0XF0; a=PIND; a&=0x0F; if(a==0X0F) return0; else return1; } ucharkey_scan() { uchara; delay_ms(10); if(key_press()) { a=PIND; a&=0x0F; switch(a) { case0x0E: a=1;break; case0x0D: a=2;break; case0x0B: a=3;break; case0x07: a=4;break; default: a=16; } while(key_press()); } else { a=16; } returna; } voidzhengxiang(void) { unsignedinti; for(i=0;i<8;i++) { PORTB=~BIT(i); delay_ms(255); } } voidstop(void) { PORTA=BIT (2); } voidfanxiang(void) { unsignedinti; for(i=8;i>0;i) { PORTB=~BIT(--i); delay_ms(200); } } voidmain(void) { uchari,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) { case1: zhengxiang();j=1;break; case2: //stop(); j=0;break; case3: if(j) {zhengxiang();break;} case4: 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。
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