1  引言

　　隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。 LED 彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來裝飾已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式樣的 LED 彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過多、電路復(fù)雜、功率損耗大等缺點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器進行改進。

　　本文提出了一種基于AT89S51單片機的彩燈控制方案，實現(xiàn)對LED彩燈的控制。

　　2  設(shè)計原理

　　2.1 MCS51

　　引腳說明

　　MCS單片機都采用40引腳的雙列直插封裝方式。圖1為引腳排列圖， 40條引腳說明如下：

　　（1）主電源引腳Vss和Vcc

　?、?Vss接地

　?、?Vcc正常操作時為+5伏電源

　　（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2

　?、?XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。

　　② XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。

圖1 8051引腳排列圖

　　（3）控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD，ALE/PROG，EA和/Vpp

　?、?RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復(fù)位

　　在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。

　?、?ALE/PROG正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的1/6）周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖，ALE 端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）八個LSTTL電路。   對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈P沖（PROG功能）

　?、跴SEN外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）期間，在每個機器周期內(nèi)兩次有效。同樣可以驅(qū)動八LSTTL輸入。

　?、?EA/Vpp 、EA/Vpp為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當EA/Vpp為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，當/Vpp 為低電平時，則訪問外部程序存儲器。

　　對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳上加21伏EPROM編程電源（Vpp）。

　　（4）輸入/輸出引腳P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。

　?、?P0口（P0.0 - P0.7）是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負載。

　?、?P1口（P1.0 - P1.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅(qū)動（吸收或輸出電流）四個LSTTL負載……

　?、?P2口（P2.0 - P2.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）四個LSTTL負載。

　?、?P3口（P3.0 - P3.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅(qū)動（吸收或輸出電流）四個LSTTL負載。

　　2.2 LED顯示數(shù)碼管

　　LED有共陰極和共陽極兩種。如圖所示。二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽極則將發(fā)光二極管的陽極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆劃（段）a～g，另一個小數(shù)點為dp發(fā)光二極管。當在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護各段LED不被損壞，需外加限流電。

LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖

　　AT89C2051芯片的20個引腳功能為：

　　VCC  電源電壓。

　　GND  接地。

　　RST   復(fù)位輸入。當RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個機器周期時，所有I/O引腳復(fù)位至“1”。

　　XTAL1  反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。

　　XTAL2  來自反向振蕩放大器的輸出。

　　P1口  8位雙向I/O口。引腳P1.2～P1.7提供內(nèi)部上拉，當作為輸入并被外部下拉為低電平時，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片內(nèi)模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1），P1口輸出緩沖器能接收20mA電流，并能直接驅(qū)動LED顯示器；P1口引腳寫入“1” 后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗期間，P1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。

　　P3口  引腳P3.0～P3.5與P3.7為7個帶內(nèi)部上拉的雙向I/0引腳。P3.6在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，不能作為通用I/O引腳訪問。P3口的輸出緩沖器能接收20mA的灌電流；P3口寫入“1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。P3口也可用作特殊功能口。

 

　　2.3 中斷指令

　　在CPU和外設(shè)交換信息時，存在著快速CPU和慢速外設(shè)間的矛盾，機器內(nèi)部有時也可能出現(xiàn)突發(fā)事件，為此，計算機中通常采用中斷技術(shù)。

　　CPU和外設(shè)并行工作，當外設(shè)數(shù)據(jù)準備好（ 或有某種突發(fā)事件發(fā)生）時向CPU提出請求，CPU暫停正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)而為該外設(shè)服務(wù)（或處 理緊急事件），處理完畢再回到原斷點繼續(xù)執(zhí)行原程序。

　　中斷優(yōu)先級：當有多個中斷源同時 向CPU申請中斷時，CPU優(yōu)先響應(yīng)需緊急處理的中斷請求，處理完畢再響應(yīng)優(yōu)先級別較低的 ，這種預(yù)先安排的響應(yīng)次序。

　　中斷的嵌套：在中斷系統(tǒng)中，高優(yōu)先級的 中斷請求能中斷正在進行的較低級的中斷源處理，

　　（1）中斷技術(shù)是實時控制中的常用技術(shù)，51系列單片機有三個內(nèi)部中斷，二個外部中斷。所謂 外部中斷就是在外部引腳上有產(chǎn)生中斷所需要的信號。

　　每個中斷源有固定的中斷服務(wù)程序的入口地址（稱矢量地址或向量地址）。當CPU響應(yīng)中斷以 后單片機內(nèi)部硬件保證它能自動的跳轉(zhuǎn)到該地址。因此，此地址是應(yīng)該熟記的，在匯編程序 中，中斷服務(wù)程序應(yīng)存放在正確的向量地址內(nèi)。

　?。ɑ虼娣乓粭l轉(zhuǎn)移指令）；而在C語言中是靠Interrupt n的關(guān)鍵字n自動設(shè)置的。

　　（2）單片機的中斷是靠內(nèi)部的寄存器管理的，這就是中斷允許寄存器IE，中斷優(yōu)先權(quán)寄存器IP ，必須在CPU開中斷即開全局中斷開關(guān)EA，開各中斷源的中斷開關(guān)，CPU才能響應(yīng)該中斷源的 中斷請求，其中缺一不可。

　?。?）從程序表面看來，主程序和中斷服務(wù)程序好象是沒有關(guān)連的，只有掌握中斷響應(yīng)的過程， 才能理解中斷的發(fā)生和返回，看得懂中斷程序，并能編寫高質(zhì)量中斷程序。

 

表2.1 常用中斷

 

符號	名 稱	中 斷 引 起 原 因	中斷服務(wù)程序入口
INT0	外部中斷0	P3.2引腳的低電平或下降沿信號	0003H
INT1	外部中斷1	P3.3引腳的低電平或下降沿信號	0013H
T0	定時器0中斷	定時計數(shù)器0計數(shù)回零溢出	000BH
T1	定時器1中斷	定時計數(shù)器1計數(shù)回零溢出	001BH
T2	定時器2中斷	定時計數(shù)器2中斷(TF2或T2EX信號）	002BH
TI/RI	串行口中斷	串行通信完成一幀數(shù)據(jù)發(fā)送或接收引起中斷	0023H

　　3  硬件原理圖

　　晶振（12MHz）定時1秒，對于12MHz的晶振而言，其時鐘周期T=1/f=1/12us,而89C51的一個機器周期包括12個時鐘周期，所以一個機器周期為1us，對于T0而言，使之工作于16-bit，計時為65536*1=65536us，需要多次定時才能實現(xiàn)一秒定時。

　　4  軟件設(shè)計

　　4.1 流程圖

　　4.2 源程序

　　ORG 0000H                     ;中斷入口程序；

　　LJMP START

　　ORG 0003H

　　RETI

　　ORG 000BH

　　RETI

　　ORG 0013H

　　RETI

　　ORG 001BH

　　RETI

　　CLEAR: RET;                ; 初始化程序

　　;START:ACALL CLEAR         ; 主 程 序

　　STAR1:MOV P3,#0FFH

　　JNB P3.2,FUN2

　　JNB P3.3,FUN3              ;關(guān)閉按紐

　　JNB P3.4,FUN0

　　JNB P3.5,FUN1

　　JNB F0,STAR1               ;曾經(jīng)有鍵按下F0置1

　　RET;

　　FUN0:LCALL DL10MS          ;消除抖動

　　JB P3.4,STAR1

　　WAITL0:JNB P3.4,WAITL0     ;等待鍵釋放

　　SETB F0

　　FUN01:LCALL FUN00

　　LCALL STAR1

　　LJMP FUN01;

　　FUN1:LCALL DL10MS          ;消除抖動

　　JB P3.5,STAR1

　　WAITL1:JNB P3.5,WAITL1       ;等待鍵釋放

　　SETB F0

　　FUN10:LCALL FUN11

　　LCALL STAR1

　　LJMP FUN10;

　　FUN2:LCALL DL10MS            ;消除抖動

　　JB P3.2,STAR1

　　WAITL2:JNB P3.2,WAITL2       ;等待鍵釋放

　　SETB F0

　　FUN20:LCALL FUN22

　　LCALL STAR1

　　LJMP FUN20;

　　FUN3:LCALL DL10MS            ;消除抖動

　　JB P3.3,STAR1

　　WAITL3:JNB P3.3,WAITL3       ;等待鍵釋放

　　CLR F0

　　MOV P1,#0FFH                 ;關(guān)顯示

　　LJMP STAR1;

　　FUN00:MOV A,#0FEH            ；從P1.0到P1.7移動點亮

　　FUN000:MOV P0,A

　　LCALL DL05S

　　JNB ACC.7,OUT

　　RL A

　　AJMP FUN000

　　OUT: RET;

　　FUN11:MOV A,#0FEH            ；從P1.0到P1.7依次點亮

　　FUN111:MOV P1,A

　　LCALL DL05S

　　JZ OUT

　　RL A

　　ANL A,P1

　　AJMP FUN111;

　　FUN22:MOV A,#0FEH               ；間隔點亮

　　FUN222:MOV P1,A

　　LCALL DL01S

　　CPL A

　　RL A

　　MOV P1,A

　　LCALL DL01S

　　RET;

　　FUN33: MOV A,#01H                 ；逐點熄滅

　　FUN333: MOV P1,A

　　LCALL DL01S

　　JNZ OUT

　　RL A

　　ORL A,P1

　　AJMP FUN333

　　DL01S:MOV R2,#0FFH              ; 延時程序

　　MOV R7，#02H

　　LOOP1: DJNZ R2,LOOP1

　　LOOP5：DJNZ R7，DL512

　　RET

　　DL10MS:MOV R3,#14H

　　LOOP2: LCALL DL512

　　DJNZ R3,LOOP2

　　RET

　　DL05S:MOV R4,#0AH

　　LOOP3: LCALL DL10MS

　　DJNZ R4,LOOP3

　　RET

　　DL30S:MOV R5,#03H

　　LOOP4:LCALL DL05S

　　DJNZ R5,LOOP4

　　RET

　　END

　　4.2一秒鐘定時程序

　　MOV B,#0AH        ；允許中斷

　　MOV TMOD,#01H         ；工作方式1

　　MOV TH0,#0B0H

　　MOV TL0,#3CH

　　SETB TR0                ；啟動計數(shù)

　　SETB EA                 ；開中斷

　　BU:JBC TF0,SHI

　　SJMP BU

　　SHI:MOV TH0,#3CH

　　MOV TL0,#0B0H

　　RET

參考文獻:

[1]. AT89S51 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/AT89S51_970858.html.
[2]. EPROM datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/EPROM_1128137.html.
[3]. AT89C2051 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/AT89C2051_810086.html.
[4]. 89C51 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/89C51_105386.html.