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）

R

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

H0

晶振

592MHZ

1个

C1

电容

30P

C2

C2

电容

30P

C3

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

1

电工基础

中国劳动社会保障出版社

2

电子电路基础

中国劳动社会保障出版社

3

电子技术工艺基础

电子工业出版社

4

单片机原理

清华大学出版社

5

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

1

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。

2

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。

3

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。

4

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。

5

工时： min

超5min扣10分。

6

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？

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