ret单片机花样彩灯控制器安装，调试与维修|设计与开发|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

花样彩灯控制器安装、调试与维修

学习目标：

1、了解MCS——51系列单片机的性能。

2、知道MCS——51系列单片机内部结构及功能部件。

3、能看懂MCS——51系列单片机外部引脚的管脚图。

4、能看懂MCS——51系列单片机的复位电路及功能。

5、能看懂MCS——51系列单片机的时钟电路及功能。

6、知道单片机汇编语言的指令格式

7、会运用单片机的基础指令。

8、知道MCS——51系列单片机的中断系统。

9、知道MCS——51系列单片机的定时/计数器系统。

学习内容：

1、单片机的产生与发展以及应用领域。

2、MCS——51系列单片机的性能。。

3、MCS——51系列单片机内部结构及功能部件。

4、MCS——51系列单片机外部引脚的管脚图。

5、MCS——51系列单片机的复位电路及功能。

6、MCS——51系列单片机的时钟电路及功能。

7、CLR、ACALL　、SETB　、AJMP、MOV DJNZ RET END 等指令的运用

8、知道MCS——51系列单片机的有哪些中断源。

9、知道知道MCS——51系列单片机的中断优先级。

10、会对知道MCS——51系列单片机的中断系统进行初始化。

11、知道知道MCS——51系列单片机有几个特殊功能寄存器以及含义。

12、会就是MCS——51系列单片机的定时/计数器系统的计数初值。

13、会对MCS——51系列单片机的定时/计数器系统技校初始化。

14、安全培训

本课题建议学时:44 学时。

本课题的教学步骤可分为：

1、下发任务书

2、学习流程

3、引导问题

4、有关表格

5、自我测试题（评价标准、测试题）

任务书： （2个课时）

　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，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。　　本学习情境提出了一种基于AT89C51单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有8个按键和5位七段码LED显示器，根据用户需要可以编写若干种亮灯模式，利用其内部定时器T0实现一个基本单位时间为5 ms的定时中断，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，然后驱动各种颜色的灯亮或灭。与普通LED彩灯相比，具有体积小、价格低、低能耗等优点。 硬件设计

　　新型LED彩灯系统包括2大部分，即LED彩灯控制器（89C51主控模块）和LED彩灯管（管内LED板模块）。前者是主控模块，具有按键、显示等功能，并利用89C51的P口输出控制信号；后者是受控模块，上面焊有三色LED彩灯和信号驱动芯片，模块置于LED的透明灯管内。

主控模块电路设计 　　主控模块电路如图1所示。主控模块主要设计器件有89C51，5个七段码LED显示器，8个按键，2个稳压器（提供12 V，5 V电压），1个信号输出驱动模块芯片(MC4049)等。通过软件设计，使单片机P0口作为三色LED驱动信号输出口及移位时钟CLOCK信号，P3口为按键输入口，P2口、P1口与5位七段码LED相接作为显示器的输出口。 管内LED板模块设计 　　管内LED板模块电路见图2。管内LED板模块设计主要器件有LED彩灯（红、绿、蓝）、移位触发模块芯片CD4076等。根据实际应用彩灯长度需要，可将不同数量的该管内LED模块实现级连，组成一个完整的LED彩灯。考虑到功率损耗，LED板模块之间接口处用信号正向驱动模块芯片MC4049连接。每个LED板模块上均匀分布3种颜色 LED灯，在实际制作PCB时采用红、绿、蓝3色互隔焊接方式，在电路板上把LED发光管按顺序L1(红)、L2(绿)、L3(蓝)、L4(红)、L5(绿)、L6(蓝)……依次均匀焊在板上成一条直线。为了得到更多的花样模式效果，可以使红绿2种灯从前往后驱动点亮闪烁，蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，这样具有很好的动感视觉效果。

软件设计 　　新型LED彩灯控制器最大特点在于所有亮灯模式均由软件控制完成。系统中软件可以分为主程序和中断服务子程序。上电后在缺省状态以顺序调用Model_i花样亮灯模式流程为主程序，以一个单位时间5 ms的T0定时为中断服务子程序。在这个5 ms的T0定时基础上，可以根据需要来确定各种模式工作时间Ti，以及确定在各种亮灯模式Mode l_i内点亮和熄灭各种颜色LED灯的时刻：Red_on，Red_off，Green_on，Green_off，Blue_on，blue_off以及Clock（移位翻转脉冲）等。整个系统软件由主程序（ Main）、各个模式子程序（Model_i）、5 ms中断服务子程序(T0 Interrupt)、键盘扫描处理子程序（Key Board）、显示子程序（Display）等程序组成。利用T0定时器作为定时基本单位，根据模式需要计算好各控制信号的发生时刻，根据不同的模式Mo del_i可以设定不同的工作时间Ti和脉冲翻转频率Fi通过P0口输出，使各色L ED灯的驱动时刻与移位触发的翻转时刻步调一致，使LED彩灯按照设计的模式工作。　　除了T0定时中断之外，程序的大部份时间是在处理按键的查询和LED显示的延时。8个按键分别为：4个参数按键（Fi增、减按键，Ti增、减按键），3个模式改变按键（模式上翻UP、模式下翻DOWN、模式保持KEEP），1个功能切换按键。在每次的T0定时中断服务子程序里，需要对各个时间寄存器和模式寄存器进行加1或者清，为主程序查询作准备，同时查询是否已中断6次（30 ms），若30 ms到了，则对参数按键查询一次，是否有时间Ti频率Fi增减键按下并进行相应子程序处理。　　主程序除了调用各种子模式子程序（Model_i），调用LED显示子程序(Display)和延时子程序(Delay)之外，还一直保持查询是否有功能切键按下以及是否有模式改变按键按下，一旦有功能切换键和模式改变键按下，就会进入相应的按键处理。 主程序流程如图3所示。亮灯模式子程序Model_i可以编写若干(n种)，只要控制好各色灯触发和熄灭时刻就可以组合成各种亮灯效果。Model_i程序流程如图4所示。

下面以第一种模式工作为例

预备知识一：

程序结构的设计方法

1. 流程图就是用________、_______、框内必要的_______所组成的图用来描述算法，最后根据流程图用程序语言来编制程序。

2. 程序的基本算法结构有三种：_______、_______、_______。

3. 循环结构有分为_______和_______两种方式。

4. 当型循环结构是先_______，条件成则_______循环体。

5. 直到型循环结构是先_______一次，再_______，条件不成立再_______。

6. 分别画出顺序结构、分支结构、当型循环结构、直到型循环结构。

7. 简述当型循环结构和直到型循环结构的区别。

预备知识二：

MCS---51单片机的中断系统

1. 什么是中断源？

2. MCS——51单片机有几个中断源，几个外部中断，几个内部中断分别是哪些？

3. MCS——51单片机有几个标志位，分别是什么，含义是什么？

4. 5个中断源的优先级怎样排列？

5. 中断响应的条件是什么？

6. 简述中断的过程？

7. 写出每个中断源的入口地址？

8. 中断响应最短需要几个周期？

9. 对中断系统进行初始化要完成哪些工作？

预备知识三：

定时/计数器

1. MCS—51单片机有几个特殊功能的寄存器，分别是什么，含义是什么？

2. 画出定时器工作方式寄存器TMOD中各位的定义并说明代表的含义？

3. 画出定时器控制寄存器TCON中各位的定义并说明代表的含义？

4. 定时/计数器有几种工作方式，分别有什么寄存器中的那两位的二进制编码所决定？

5. MCS—51单片机的定时/计数器进行初始化要注意那两点，步骤有哪些？

6. 怎么计算计数初值？

7. 若晶振频率为6MHZ，试计算MCS—51单片机的定时/计数器的最小定时时间和最大定时时间？

8. 若单片机晶振频率为6MHZ，要求定时/计数器T0产生100ms的定时，试确定技术初值以及TMOD寄存器的内容。

流程卡： （2个课时）

操作流程卡

课题2 花样彩灯控制器

序号

操作内容

工作时间

学生：日期：教师：

电路板制作： （15个课时）

1.准备本项任务所需的材料、工具。

2.如果材料不全，缺哪些？

材料明细卡

序号

名称

型号

数量

单价（元）

碳膜电阻

560

8个

LED1

彩灯

红

1个

LED2

彩灯

绿

1个

LED3

彩灯

蓝

1个

LED4

彩灯

红

1个

LED5

彩灯

绿

1个

LED6

彩灯

蓝

1个

晶振

592MHZ

1个

电容

30P

电容

30P

IC1

集成片

AT89S51

1个

IC2

集成片

CD4076

4个

IC3

集成片

MC4049

1个

S1-S9

开关

8个

松香、焊锡丝、绝缘胶布、万能电路板、镀银铜丝、电源线及插头、

多股软导线(400毫米)

课题2 花样彩灯控制器

参考资料提示

序号

书名

出版社

电工基础

中国劳动社会保障出版社

电子电路基础

中国劳动社会保障出版社

电子技术工艺基础

电子工业出版社

单片机原理

清华大学出版社

评分卡：（2个课时）

花样彩灯控制器制作（满分100分）

评分页

姓名

学号

序号

项目及配分

工艺标准

扣分标准

学生自评分

教师评分

作图

30分

1. 布局合理、紧凑。

2. 导线横平、竖直、转角成直角,无交叉。

3. 元件间连接关系和电原理图一致。

1. 布局不合理,每处扣5分。

2. 导线不平直、转角不成直角，每处扣2分。出现交叉，每处扣5分。

3. 连接关系错误，每处扣10分。

花样彩灯控制器安装45分

1. 电阻器、二极管水平安装，离万能电路板间距5mm；色标电阻的色环标志方向一致。

2. 电容器、三极管垂直安装，元件底部离万能电路板间距8mm。

3. 按图装配,元件的位置、极性正确。

4. 焊点光亮、清洁、焊料适量。

5. 布线平直。

6. 无漏焊、虚焊、假焊、搭焊、溅锡等现象。

7. 焊接后元件引脚剪脚留头长度小于1 mm。

1. 元件安装歪斜、不对称、高度超差、色环电阻标志不一致, 每处扣1分。

2. 错装、漏装，每处扣5分。

3. 焊点不亮、焊料过多、过少、布线不平直，每处扣0.5分。

4. 漏焊、虚焊、假焊、搭焊、溅锡，每处扣3分。

5. 剪脚留头长度大于1 mm, 每处扣0.5分。

51最小系统调试25分

1. 按调试要求和步骤正确测量。

2. 正确使用万用表。

3. 正确使用示波器观察波形。

1. 调试步骤错误，每次扣3分。

2. 测量结果错误，每次扣5分误差大，每次扣2分。

3. 万用表、示波器使用错误，每次扣3分。

安全文明操作

1. 安全用电。不人为损坏元器件、加工件和设备等。

2. 保持操作环境整洁，秩序井然，操作习惯良好。

1. 发生安全事故，扣总分20分。

2. 违反文明操作规程,视情况扣总分5---20分。

工时： min

超5min扣10分。

合计

51花样彩灯控制器的维修（满分100分）

评分页

姓名

学号

序号

项目及配分

工艺标准

扣分标准

学生自评分

教师评分

1．

查找故障

正确使用电烙铁、万用表、示波器等。

电烙铁、万用表、示波器使用错误, 每次扣3分。

2．

排除故障

1. 元件的位置、极性正确。

2. 焊点光亮、清洁、焊料适量。

3. 布线平直。

4. 无漏焊、虚焊、假焊、搭焊、溅锡等现象。

5. 焊接后元件引脚剪脚留头长度小于1 mm。

6. 正确使用电烙铁、万用表、示波器等。

1. 元件安装歪斜、不对称、高度超差、色环电阻标志不一致, 每处扣1分。

2. 焊点不亮、焊料过多、过少，布线不平直，每处扣0.5分。

3. 漏焊、虚焊、假焊、搭焊、溅锡，每处扣3分。

4. 剪脚留头长度大1 mm, 每处扣0.5分。

5. 电烙铁、万用表、示波器、直流稳压电源、毫伏表、信号发生器使用错误, 每次扣3分。

3．

安全文明操作

1. 安全用电。不人为损坏元器件、加工件和设备等。

2. 保持操作环境整洁，秩序井然，操作习惯良好。

1. 发生安全事故，扣总分20分。

2. 违反文明操作规程,视情况扣总分5---20分。

4．

工时： min

超5min扣10分。

5．

合计

工作小结： （个课时）

工作任务小结表

日期：

1：你所在的小组从接受任务到完成共用了多少时间？

2：你认为此花样彩灯控制器的制作可以在哪些方面进行改进？

3：对你造成最大困难的是哪些工作？

4：你通过此花样彩灯控制器的制作在哪些方面得到了提高？

5：你认为在今后的教学中是否还应按照这种教学方法来安排？

单片机各种复位电路原理

复位电路的作用

在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。

无论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。

基本的复位方式

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位

1、手动按钮复位

手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图1）。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

图1

2、上电复位

AT89C51的上电复位电路如图2所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1µF。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图2的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。

图2

3、积分型上电复位

常用的上电或开关复位电路如图3所示。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。

根据实际操作的经验，下面给出这种复位电路的电容、电阻参考值。

图3中：C：＝1uF，Rl＝lk，R2＝10k

图3 积分型上电复位电路

专用芯片复位电路：

上电复位电路在控制系统中的作用是启动单片机开始工作。但在电源上电以及在正常工作时电压异常或干扰时，电源会有一些不稳定的因素，为单片机工作的稳定性可能带来严重的影响。因此，在电源上电时延时输出给芯片输出一复位信号。上复位电路另一个作用是，*正常工作时电源电压。若电源有异常则会进行强制复位。复位输出脚输出低电平需要持续三个(12/fc s)或者更多的指令周期，复位程序开始初始化芯片内部的初始状态。等待接受输入信号（若如遥控器的信号等）。

图4 上电复位电路原理图

上电复位电路原理分析

5V电源通过MC34064的2脚输入，1脚便可输出一个上升沿，触发芯片的复位脚。电解电容C13是调节复位延时时间的。当电源关断时，电解电容C13上的残留电荷通过D13和MC34064内部电路构成回路，释放掉电荷。以备下次复位启用。

四、上电复位电路的关键性器件

关键性器件有：MC34064。

图6 内部结构框图

输入输出特性曲线 ：

上电复位电路关键点电气参数

MC34064的输出脚1脚的输出(稳定之后的输出)如下图所示：

三极管欠压复位电路

欠压复位电路工作原理（图6）w 接通电源，＋5V电压从“0V”开始上升，在升至3.6V之前，稳压二极管DH03都处于截止状态，QH01(PNP管)也处于截止状态，无复位电压输出。w 当＋5V电源电压高于3.6V以后，稳压二极管DH03反向击穿，将其两端电压“箝位”于3.6V。当＋5V电源电压高于4.3V以后，QH01开始导通，复位电压开始形成，当＋5V电源电压接近＋5V时，QH01已经饱和导通，复位电压达到稳定状态。

图6 欠压复位电路图

看门狗型复位电路

看门狗型复位电路主要利用CPU正常工作时,定时复位计数器,使得计数器的值不超过某一值;当CPU不能正常工作时,由于计数器不能被复位,因此其计数会超过某一值,从而产生复位脉冲,使得CPU恢复正常工作状态。典型应用的Watchdog复位电路如图7所示。此复位电路的可靠性主要取决于软件设计,即将定时向复位电路发出脉冲的程序放在何处。一般设计,将此段程序放在定时器中断服务子程序中。然而,有时这种设计仍然会引起程序走飞或工作不正常。原因主要是：当程序“走飞”发生时定时器初始化以及开中断之后的话,这种“走飞”情况就有可能不能由Watchdog复位电路校正回来。因为定时器中断一真在产生,即使程序不正常,Watchdog也能被正常复位。为此提出定时器加预设的设计方法。即在初始化时压入堆栈一个地址,在此地址内执行的是一条关中断和一条死循环语句。在所有不被程序代码占用的地址尽可能地用子程序返回指令RET代替。这样,当程序走飞后,其进入陷阱的可能性将大大增加。而一旦进入陷阱,定时器停止工作并且关闭中断,从而使Watchdog复位电路会产生一个复位脉冲将CPU复位。当然这种技术用于实时性较强的控制或处理软件中有一定的困难

图7 看门狗型复位电路

比较器型复位电路

比较器型复位电路的基本原理如图8所示。上电复位时,由于组成了一个RC低通网络,所以比较器的正相输入端的电压比负相端输入电压延迟一定时间。而比较器的负相端网络的时间常数远远小于正相端RC网络的时间常数,因此在正端电压还没有超过负端电压时,比较器输出低电平,经反相器后产生高电平。复位脉冲的宽度主要取决于正常电压上升的速度。由于负端电压放电回路时间常数较大,因此对电源电压的波动不敏感。但是容易产生以下二种不利现象：（1）电源二次开关间隔太短时,复位不可靠;（2）当电源电压中有浪涌现象时,可能在浪涌消失后不能产生复位脉冲。为此,将改进比较器重定电路,如图9所示。这个改进电路可以消除第一种现象,并减少第二种现象的产生。为了彻底消除这二种现象,可以利用数字逻辑的方法与比较器配合,设计如图9所示的比较器重定电路。此电路稍加改进即可作为上电复位与看门狗复位电路共同复位的电路,大大提高了复位的可靠性。