1 引言

隨著人們生活環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用，用彩燈來裝飾已經成為一種時尚。但目前市場上各式樣的 LED 彩燈控制器大多數用全硬件電路實現，電路結構復雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據不同場合、不同時間段的需要來調節亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態參數。這種彩燈控制器結構往往有芯片過多、電路復雜、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，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對現有的彩燈控制器進行改進。

2 設計原理

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

① Vss接地

② Vcc正常操作時為+5伏電源

（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2

① XTAL1內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用引腳RST/VPD，ALE/PROG，EA和/Vpp

① RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位

在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內部提供備用電源，以保持內部RAM中的數據。

② 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，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖，ALE 端可以驅動（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）

③PSEN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（或數據）期間，在每個機器周期內兩次有效。同樣可以驅動八LSTTL輸入。

④ EA/Vpp 、EA/Vpp為內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。

① 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地址和數據總線，P0口能以吸收電流的方式驅動八個LSTTL負載。

② P1口（P1.0 - P1.7）是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅動（吸收或輸出電流）四個LSTTL負載……

③ P2口（P2.0 - P2.7）是一個帶有內部提升電阻的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口可以驅動（吸收或輸出電流）四個LSTTL負載。

④ P3口（P3.0 - P3.7）是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅動（吸收或輸出電流）四個LSTTL負載。

2.2 LED顯示數碼管

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個發光二極管組成，其中7個發光二極管構成字型“8”的各個筆劃（段）a～g，另一個小數點為dp發光二極管。當在某段發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數碼管結構原理圖

AT89C2051芯片的20個引腳功能為：

VCC 電源電壓。

GND 接地。

RST 復位輸入。當RST變為高電平并保持2個機器周期時，所有I/O引腳復位至“1”。

XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內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，這是因內部上拉的緣故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片內精確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口也可接收編碼數據。

P3口 引腳P3.0～P3.5與P3.7為7個帶內部上拉的雙向I/0引腳。P3.6在內部已與片內比較器輸出相連，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和外設交換信息時，存在著快速CPU和慢速外設間的矛盾，機器內部有時也可能出現突發事件，為此，計算機中通常采用中斷技術。

CPU和外設并行工作，當外設數據準備好（ 或有某種突發事件發生）時向CPU提出請求，CPU暫停正在執行的程序轉而為該外設服務（或處 理緊急事件），處理完畢再回到原斷點繼續執行原程序。

中斷優先級：當有多個中斷源同時 向CPU申請中斷時，CPU優先響應最需緊急處理的中斷請求，處理完畢再響應優先級別較低的 ，這種預先安排的響應次序。

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

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

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

（或存放一條轉移指令）；而在C語言中是靠Interrupt n的關鍵字n自動設置的。

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

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

表2.1 常用中斷

符號名 稱中 斷 引 起 原 因中斷服務程序入口

INT0外部中斷0P3.2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中斷定時計數器0計數回零溢出000BH

T1定時器1中斷定時計數器1計數回零溢出001BH

T2定時器2中斷定時計數器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據發送或接收引起中斷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，最大計時為65536*1=65536us，需要多次定時才能實現一秒定時。

4 軟件設計

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 ;關閉按紐

JNB P3.4，FUN0

JNB P3.5，FUN1

JNB F0，STAR1 ;曾經有鍵按下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

SETB EA ；開中斷

BU:JBC TF0，SHI

SJMP BU

SHI:MOV TH0，#3CH

MOV TL0，#0B0H

RET