基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)的呼吸燈
一、項(xiàng)目介紹
呼吸燈是一種常見的LED燈光效果，它可以模擬人類呼吸的變化，使燈光看起來更加柔和和自然。51單片機(jī)是一種廣泛使用的微控制器，具有體積小、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于控制LED呼吸燈。本項(xiàng)目的呼吸燈將使用PWM（脈沖寬度調(diào)制）技術(shù)控制LED亮度，從而實(shí)現(xiàn)呼吸燈的效果。
在本項(xiàng)目中，將使用51單片機(jī)作為主控制器，通過編程實(shí)現(xiàn)呼吸燈的控制。將使用C語言編寫代碼，并使用Keil C51集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行編譯和調(diào)試。使用Proteus仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真，確保電路的正確性和穩(wěn)定性。
二、設(shè)計(jì)原理
2.1 PWM技術(shù)
PWM是脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation）的縮寫，是一種通過改變脈沖寬度來控制電路的技術(shù)。在數(shù)字電路中，PWM是一種非常常見的技術(shù)，它可以用來控制電機(jī)、LED燈等電子設(shè)備的亮度、速度等參數(shù)。
PWM技術(shù)的基本原理是通過控制脈沖的寬度和周期來控制電路的輸出。在一個(gè)PWM周期內(nèi)，電路會(huì)以一定的頻率（也就是PWM頻率）產(chǎn)生一系列脈沖，每個(gè)脈沖的寬度和高電平時(shí)間占整個(gè)周期的比例是由控制器根據(jù)需要設(shè)定的。通過這種方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路輸出的精確控制。
在LED呼吸燈項(xiàng)目中，使用定時(shí)器模擬PWM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)呼吸燈效果。具體來說，就是通過定時(shí)器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，然后通過改變脈沖的占空比來控制LED燈的亮度。當(dāng)脈沖的占空比逐漸增大時(shí)，LED燈的亮度也會(huì)逐漸增強(qiáng)，直到達(dá)到最大亮度；當(dāng)脈沖的占空比逐漸減小時(shí)，LED燈的亮度也會(huì)逐漸減弱，直到最終熄滅。這樣就可以實(shí)現(xiàn)類似于人類呼吸的漸變效果。
2.2 呼吸燈原理
呼吸燈是一種將 LED 燈光做成漸變效果的技術(shù)，可以讓 LED 的亮度在一定時(shí)間內(nèi)慢慢地增加和減小，使得 LED 的亮度變化更加自然和柔和，適合用于需要漸變效果的場(chǎng)景，如燈光調(diào)節(jié)、音響節(jié)拍等。
呼吸燈的原理是通過改變 LED 的 PWM 信號(hào)的占空比來控制 LED 的亮度。PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）是一種調(diào)節(jié)模擬信號(hào)幅度的常用技術(shù)，它通過改變信號(hào)的脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)幅度的調(diào)節(jié)。在呼吸燈中，PWM 信號(hào)的頻率較高，而占空比則會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸變化，從而實(shí)現(xiàn) LED 亮度的漸變效果。
呼吸燈的實(shí)現(xiàn)通常需要使用一個(gè)定時(shí)器和一個(gè) PWM 模塊。定時(shí)器用來定時(shí)觸發(fā)中斷事件，在中斷處理函數(shù)中改變 PWM 信號(hào)的占空比，從而控制 LED 的亮度。在定時(shí)器中斷處理函數(shù)中，可以通過數(shù)學(xué)函數(shù)（如正弦、余弦等）或者簡(jiǎn)單的數(shù)值計(jì)算來得到不同的 PWM 占空比，實(shí)現(xiàn)不同的呼吸燈效果。
2.3 51單片機(jī)
51單片機(jī)是一種廣泛使用的微控制器，具有體積小、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于控制LED呼吸燈。
STC89C52是一種基于MCS-51內(nèi)核的8位單片機(jī)，由中國的STC公司生產(chǎn)。具有高性價(jià)比、易于編程、廣泛應(yīng)用等特點(diǎn)，在工業(yè)控制、通信、家電控制等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
STC89C52單片機(jī)的主要特點(diǎn)如下：
- 采用MCS-51內(nèi)核，具有8位數(shù)據(jù)總線和16位地址總線，可以訪問64KB的程序存儲(chǔ)器和64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
- 內(nèi)置12MHz的晶振，可以通過軟件設(shè)置分頻系數(shù)來獲得不同的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。
- 具有多種外設(shè)接口，包括UART、SPI、I2C、定時(shí)器、中斷等，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用。
- 支持ISP（In-System Programming）編程方式，可以通過串口或并口進(jìn)行在線編程，方便快捷。
- 具有低功耗模式，可以通過軟件設(shè)置進(jìn)入不同的睡眠模式，以節(jié)省系統(tǒng)能耗。
STC89C52單片機(jī)可以使用C語言或匯編語言進(jìn)行編程，編寫的程序可以通過編譯器生成HEX文件，然后通過編程器燒錄到芯片中。由于STC89C52單片機(jī)的廣泛應(yīng)用和豐富的資料，因此學(xué)習(xí)和使用它相對(duì)來說比較容易。
三、代碼實(shí)現(xiàn)
3.1 自動(dòng)呼吸燈
因?yàn)镾TC89C52單片機(jī)沒有PWM輸出功能，只能使用延時(shí)函數(shù)實(shí)現(xiàn)，以下是基于STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)呼吸燈效果的完整代碼：
#include < reg52.h >
?
#define LED P1
?
void delay(unsigned int xms)
{
unsigned int i, j;
for (i = xms; i > 0; i--)
for (j = 110; j > 0; j--);
}
?
void main()
{
unsigned char i;
while (1)
{
for (i = 0; i < 255; i++)
{
LED = i;
delay(10);
}
for (i = 255; i > 0; i--)
{
LED = i;
delay(10);
}
}
}
在這個(gè)代碼中，使用了STC89C52單片機(jī)的P1口來控制LED燈的亮度。通過一個(gè)循環(huán)，讓LED燈的亮度從0到255逐漸增加，再從255到0逐漸減小，這樣就實(shí)現(xiàn)了呼吸燈的效果。
在代碼中，使用了一個(gè)delay函數(shù)來控制循環(huán)的速度。這個(gè)函數(shù)可以讓程序延時(shí)一定的時(shí)間，從而控制LED燈的亮度變化速度。在這個(gè)代碼中，設(shè)置了每次延時(shí)10毫秒，可以根據(jù)需要調(diào)整這個(gè)值來改變呼吸燈的效果。
3.2 按鍵控制燈光亮度
以下是基于STC89C52單片機(jī)的LED燈亮度控制完整代碼，其中使用了兩個(gè)按鍵分別控制LED的亮度和滅度。
#include < reg52.h >
?
#define LED P1
?
sbit KEY_UP = P3 ^ 2;
sbit KEY_DOWN = P3 ^ 3;
?
unsigned char pwm = 0;
?
void delay(unsigned int i) {
while (i--);
}
?
void key_scan() {
if (KEY_UP == 0) {
delay(1000);
if (KEY_UP == 0) {
pwm += 10;
if (pwm >= 100) {
pwm = 100;
}
}
}
if (KEY_DOWN == 0) {
delay(1000);
if (KEY_DOWN == 0) {
pwm -= 10;
if (pwm <= 0) {
pwm = 0;
}
}
}
}
?
void main() {
TMOD = 0x01; // 設(shè)置定時(shí)器0為模式1
TH0 = 0xFC; // 定時(shí)器初值，用于產(chǎn)生PWM信號(hào)的頻率為50Hz
TL0 = 0x67;
TR0 = 1; // 啟動(dòng)定時(shí)器0
ET0 = 1; // 允許定時(shí)器0中斷
EA = 1; // 開啟總中斷
while (1) {
key_scan();
}
}
?
void timer0() interrupt 1 {
static unsigned char cnt = 0;
if (cnt >= 100) {
cnt = 0;
}
if (cnt < pwm) {
LED = 0;
} else {
LED = 1;
}
cnt++;
}