PWM控制LED亮度-单片机课程设计(1).doc
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摘 要 目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导 弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过 程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统, 录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开 单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此,单片机的学 习、开发与应用尤为重要。而51单片机是各类单片机中最为典型和最具代表性的一种。 本实验是基于MCS- 51系列单片机所设计的,以单片机芯片AT89C52作为核心控制器,通过硬件电路的制作以 及软件程序的编制,实现PWM控制LED的亮度。 关键词:AT89C51、PWM、LED 目 录 1 项目概述和要求 1 1.1 单片机基础知识 1 1.2 单片机的发展趋势 2 1.3 项目设计任务与设计思路 3 2 系统设计 5 2.1系统电路原理图 5 2.2元件清单 5 2.2.1 AT89C51芯片 5 2.2.2 LED 7 2.2.3其它元件 8 3软件设计 9 3.1 程序 9 4 系统的仿真与调试 11 4.1 硬件调试 11 4.2 软件调试 12 4.3 软硬件调试 12 5总结 14 参考文献 15 1 项目概述和要求 1.1 单片机基础知识 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机 系统集成到一个芯片上。概括的讲,一块芯片就成了一台计算机。 单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点,目前正以前所未见的速度取代着传统 电子线路构成的经典系统,蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。它的体积小、 质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机了解 计算机原理与结构的最佳选择。 现在,这种单片机的使用领域已十分广泛。彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、 游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子,单片机早已深深地融入我们每个人的生活之 中。 单片机能大大地提高这些产品的智能性,易用性及节能性等主要性能指标,给我们的 生活带来舒适和方便的同时,在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。单 片机按用途大体上可分为两类,一种是通用型单片机,另一种是专用型单片机。 MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品,与MCS- 48单片机相比,它的结构更先进,功能更强,在原来的基础上增加了更多的电路单元和 指令,指令数达111条,MCS-51单片机可以算是相当成功的产品,一直到现在,MCS- 51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品,各高校及专业学校的培训教材仍与MSC- 51单片机作为代表进行理论基础学习。MCS- 51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。 1.2 单片机的发展趋势 单片机现在可以说是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自 己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也 有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供了广阔的天地。 纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有: 一、微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程 序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单 一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗 )、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元 电路就更多,功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出 具有自己特色的单片机芯片。 此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外 ,还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越 来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。 二、低功耗CMOS化 MCS- 51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右,随着对单片 机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半 导体工艺)。像80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补 高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗低,但由于其物理特征决定其工作速度 不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于要求低功耗像电池 供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 三、主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以89C51为核心的单片机 PWM(脉冲宽度调制)技术控制LED亮度的单片机课程设计,是单片机学习领域中的一个重要实践项目。这项课程设计不仅让学习者能够更深入地理解单片机的原理和应用,同时也锻炼了他们将理论知识转化为实际操作的能力。在当今数字化时代,单片机的应用已无处不在,从小型家用电器到复杂的工业自动化设备,单片机都扮演着关键角色。而51单片机作为单片机大家族中的一员,因其简单易用、成本低廉、功能强大,常被用作教学示例和应用开发。本课程设计将着重于如何使用单片机,特别是AT89C52这款51单片机来控制LED的亮度,向学习者展示如何应用PWM技术达成这一目标。 单片机基础知识的学习是进行本课程设计的理论前提。单片机,全称是单片微型计算机,它将一个完整的计算机系统集成到一个单独的芯片上。其小巧的体积、强大的功能和广泛的应用范围,使它在各个领域中都得到了普及应用。51单片机作为单片机的一个经典代表,其MCS-51系列芯片,特别是AT89C52,具有先进的架构和丰富的指令集,使其在教学和项目开发中占据了重要地位。 PWM技术是电子工程中的一项关键技能,它的应用范围十分广泛,包括电源管理、电机控制、通信以及在本课程设计中的LED亮度调节。通过调整脉冲信号的占空比,PWM可以改变输出信号的平均电压,从而实现对LED亮度的精确控制。学生在完成本课程设计的过程中,将学习如何利用单片机来生成可变占空比的PWM信号,通过编程改变PWM的占空比,来实现对LED亮度的平滑调节。 在系统设计阶段,学生需要绘制硬件电路原理图,准备元件清单。在选择元件时,除了核心控制器AT89C52外,LED灯的挑选也很重要,因为不同参数的LED灯在相同条件下表现不同。此外,还需要准备电源、电阻、电容等其他辅助元件。在硬件电路的搭建过程中,学生将具体实践理论知识,这将有助于他们更好地理解单片机与外围电路的相互作用。 软件设计环节是课程设计的核心之一。学生需要编写程序来生成PWM信号,并通过编程改变占空比,实现对LED亮度的控制。这一过程不仅涉及到程序逻辑的构建,还要考虑到单片机的资源管理和性能优化。软件设计的好坏直接决定了最终控制LED亮度的效果,因此学生需要反复调试程序,以确保达到最佳性能。 系统仿真与调试是课程设计的也是至关重要的一步。学生需要先进行硬件调试,确保电路各部分连接正确无误;再进行软件调试,检查程序是否按预期工作;最后进行软硬件的联合调试,确保整个系统能够按照预期进行工作,实现LED亮度的连续调节。调试过程中可能会遇到各种预料之外的问题,需要学生综合运用所学知识去分析问题、解决问题。 最后的总结部分是对整个课程设计的回顾与反思。学生可以通过总结,梳理整个设计过程,反思所遇到的问题以及解决问题的方法,这有助于加深对单片机和PWM技术的理解。同时,通过对单片机发展趋势的了解,如微型化、低功耗化等,学生能够认识到单片机技术的未来发展方向。 参考文献的阅读也是课程设计的一部分。通过阅读参考文献,学生可以了解到更多的背景知识,拓展视野,进一步理解PWM技术在其他领域的应用。 总体而言,PWM控制LED亮度的单片机课程设计,不仅让学生们在实践中深入学习单片机理论知识,而且在动手操作的过程中,提高了他们解决实际问题的能力。通过完成这项课程设计,学生不仅能掌握PWM技术的应用,还能熟悉硬件电路设计和软件编程的综合实践,为将来在电子工程领域的学习和工作打下坚实的基础。
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