基于51单片机的花样流水灯设计

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摘 要
单片机技术含有硬，软两个方面的技术。硬件是以单片机为核心，再加以其他各元器件组成的电子电路的一个实体。它既有单片机的技术，又有电子类专业所必须的模拟、数字、高频电子电路的综合运用。单片机的种类繁多，目前单片机应用系统开发工具也有不少，但同一系列单片机的开发工具或实验系列基本相同。51 系列单片机时目前应用最广泛的一种8 为单片机之一，它具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点。经过 20 多年的推广与发展。51 系列单片机形成了一个规模庞大，功能齐全，资源丰富的产品群。
当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控
制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速
度被单片机智能控制系统所取代。
单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面厂等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。当单片机运用于彩灯装饰的控制上时，更是为我们的日常生活增添了一份绚丽的光彩。
本设计用单片机89C51结合LED制作了一种新型的LED流水灯控制系统的设计，以 AT89C51作为主控核心，利用软件实现对LED流水灯进行控制。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点。
关 键 词：单片机；AT89C51；流水灯

目录
摘 要 1
目录 2
第一章 项目概述 1
1.1 系统概述 1
1.2 功能设计 1
第二章 项目硬件设计 2
2.1 AT89C51单片机最小系统 2
2.2 外设电路 2
第三章 项目软件设计 6
3.1 程序代码设计 6
第四章 项目调试与分析 11
4.1 Proteus仿真调试 11
4.2 结果分析 11
第五章 总结 12
参考文献 13

第一章 项目概述
1.1 系统概述
流水灯是在控制系统的控制下按照设定的顺序和时间来发亮和熄灭，形成一定视觉效果的一组灯。流水灯常安装于店面、招牌、夜间建筑物，可以让门面或建筑变得更加美观显眼。形成一定的视觉效果，常安装于店面和招牌上。
1.2 功能设计
为实现流水灯的实际效果所采用了按钮与流水灯相结合的设计方案，使效果更佳个性化与多元化，更能满足客户的需求，以80C51为核心构架硬件电路，外附LED按以及钮进行显示于控制，同时利用C语言编程实现流水灯的显示功能。
流水灯控制原理为：三极管在电路中充当开关的作用，当电路导通，最左边的LED首先点亮。基极串出一电容连接下一个三极管的集电极。当电容充分充电后，下一个三极管导通使得第二个LED点亮，以此类推。可以通过调节电容的容量值，来控制流水灯点亮的时间。

第二章项目硬件设计
本系统的硬件设计包括AT89C51控制器核心电路以及外设电路设计，按钮控制模块以及LED流水灯模块，并在Proteus仿真软件上设计系统的仿真电路。
2.1 AT89C51单片机最小系统
单片机最小系统电路，又称最小应用电路，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，AT89C51的最小系统电路主要由单片机、晶振电路、复位电路组成。如下图图2-1所示：

图2-1
2.2 外设电路
1、LED流水灯模块
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。如图2-2.

图2-2
2、控制按钮模块
按钮是一种常用的控制电器元件，常用来接通或断开‘控制电路’（其中电流很小），从而达到控制电动机或其他电气设备运行目的的一种开关。按钮是一种人工控制的主令电器。主要用来发布操作命令，接通或开断控制电路，控制机械与电气设备的运行。按钮的工作原理很简单对于常开触头,在按钮未被按下前,电路是断开的,按下按钮后,常开触头被连通,电路也被接通；对于常闭触头，在按钮未被按下前，触头是闭合的，按下按钮后，触头被断开，电路也被分断。
按钮的用途很广，例如车床的起动与停机、正转与反转等；塔式吊车的起动，停止，上升，下降，前、后、左、右、慢速或快速运行等，都需要按钮控制。
本设计中，通过控制不同按钮，可以实现流水灯的不同效果。如图2-3.

图2-3

第三章 项目软件设计
本系统的软件代码设计采用Keil uVision4编写。利用基于Proteus仿真软件的单片机设计流程对系统进行仿真测试，通过向单片机中烧录编写的程序，来实现系统所需要完成的全部功能。基于Proteus的花样流水灯设计流程如图3-1所示。

图3-1
3.1 程序代码设计
基于Proteus的花样流水灯设计代码设计如下：

#include

void delay(unsigned int xms){
     //延时函数
	unsigned int i, j;
	for(i=0; i<xms; ++i)
		for