单片机课程设计led流水灯设计报告(共16页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录一、 前 言 (1 1.1课题简介 (1 1.2设计目的 (1 二、总体设计 (2 2.1设计思路 (2 2.2原件清单 (2 三、 硬件设计 (3 3.1AT89C51 (3 3.2系统框图 (5 3.3程序框图 (5 四、软件设计 (5 4.1硬件设计 (6 4.2单片机时钟电 (6 4.3复位电路 (6 4.4控制电路 (7 4.5工作电路 (7 五、软件调试 (8 5.1设计要求 (8 5.2软件的流程图 (9 5.3程序设计 (9六、 软件调试 (11七、 心得体会 (12八、 参考文献 (13第一章 前言1.1 课题简介单片机全称叫单片微型计算机(S

2、ingle Chip Microcomputer , 是一种集成在电路芯 片, 是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM 、只读存储器 ROM 、多种 I/O口和中断系统、定时器 /计时器等功能(可能还包括 显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D转换器等电路集成到一块硅 片上构成的一个小而完善的计算机系统。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

3、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、 医疗器械以及各种 智能机械了。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设 备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴: 1.在智能仪器仪表上 的应用 :, 例如精密的测量设备 2. 在工业控制中的应用 :用单片机可以构成形式 多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、 各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用可从手 机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系

4、统、列车无线通信、再到日常工 作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备 领域中的应用 :例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫 系统等等。 6.在各种大型电器中的模块化应用 :如音乐集成单片机, 看似简单的功 能,微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理 ,就需要复杂的类似于计算机的原 理。本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤, 并从实践经验出发对计 算器设计做了详细的分析和研究。本系统就是充分利用了 8051芯片的 I/O引脚。系 统以采用 MCS-51系列单片机 Intel8051为中心器件来设计 LED 流水灯系统,实

5、现 8个 LED 霓虹灯的左、右循环显示,并实现循环的速度可调。1.2 设计目的1. 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验, 掌握电路设计的基本方法、 设计步骤, 培养综合设计与调试能力。2. 掌握汇编语言程序设计方法。3. 培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力。1.3 设计任务及要求1.彩灯用 8个发光二极管代替。2.电路具有控制彩灯点亮右移、左移、全亮及全灭等功能(用按键切换彩灯状态3、彩灯两点移动时间间隔为 0.5秒。二 、总体设计思路2.1设计思路本课题使用 AT89C51单片机时无须外扩存储器。 因此, 本流水灯实际上就是一个 带有八个发光二极管的单片机最小应用系统,即为由发

6、光二极管、晶振、复位、电源 等电路和必要的软件组成的单个单片机。如果要让接在 P1.0口的 LED1亮起来,那么只要把 P1.0口的电平变为低电平就 可以了; 相反, 如果要接在 P1.0口的 LED1熄灭, 就要把 P1.0口的电平变为高电平; 同理,接在 P1.1P1.7口的其他 7个 LED 的点亮和熄灭的方法同 LED1。因此,要实 现流水灯功能,我们只要将发光二极管 LED1LED8依次点亮、熄灭, 8只 LED 灯便 会一亮一暗的做流水灯了。同样的道理,可以让 8个灯左移点亮,全亮、全灭。 在此我们还应注意一点, 由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时 间很短, 我们在控

7、制二极管亮灭的时候应该延时一段时间, 否则我们就看不到 “流水” 效果了。在此基础上, 增加外扩设备, 利用 74LS373和 8255扩展成 24个 LED 灯循环显示。 2.2. 原件清单 三、硬件设计3.1AT89C511. 芯片由 UNTITLED ISISPROFESSIONAL 实验系统提供(AT89C511主要特性:与 MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命:1000写 /擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz 24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部 RAM32可编程 I/O线5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内震荡器和时钟电路2管脚说明: 电 源

8、引 脚Vcc (40脚 :典 型 值 +5V 。Vss (20脚 :接 低 电 平 。 外 部 晶 振XTAL1、 XTAL2分 别 与 晶 振 两 端 相 连 接 。 输 入 输 出 口 引 脚 :P0口 :I/O双 向 口 。 作 输 入 口 时 , 应 先 软 件 置 “ 1” 。 P1口 :I/O双 向 口 。 作 输 入 口 时 , 应 先 软 件 置 “ 1” 。 P2口 :I/O双 向 口 。 作 输 入 口 时 , 应 先 软 件 置 “ 1” 。 P3口 :I/O双 向 口 。 作 输 入 口 时 , 应 先 软 件 置 “ 1” 。 控 制 引 脚 :RST 、 ALE/-

9、PROG、 -PSEN 、 -EA/Vpp组 成 了 MSC-51的 控 制 总 线 。RST (9脚 :复 位 信 号 输 入 端 (高 电 平 有 效 。 ALE/-PROG(30脚 :地 址 锁 存 信 号 输 出 端 。第 二 功 能 :编 程 脉 冲 输 入 。-PSEN (29脚 :外 部 程 序 存 储 器 读 选 通 信 号 。-EA/Vpp(31脚 :外 部 程 序 存 储 器 使 能 端 。第 二 功 能 :编 程 电 压 输 入 端 (+21V 。3 AT89C51单 片 机 的 P 口 特 点 :P0口 :是 一 个 8位 漏 极 开 路 输 出 型 双 向 I/O端

10、口 。作 为 输 出 端 口 时 ,每 位 能 以 吸 收 电 流 的 方 式 驱 动 8 个 TTL 输 入 ,对 端 口 写 1时 , 又 可 作 高 阻 抗 输 入 端 用 。 在 访 问 外 部 程 序 或 数 据 存 储 器 时 , 它 是 时 分 多 路 转 换 的 地 址 (低 8位 /数 据 总 线 ,在 访 问 期 间 将 激 活 内 部 的 上 拉 电 阻 。P1口 :P1口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8位 双 向 I/O端 口 。 P1口 的 输 出 缓 冲 器 可 驱 动 (吸 收 或 输 出 电 流 方 式 4个 TTL 输 入 。 对 端 口

11、写 1时 , 通 过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 , 这 时 可 作 输 入 口 。 P2口 作 输 入 口 使 用 时 , 因 为 内 部 有 上 拉 电 阻 , 那 些 被 外 部 信 号 拉 低 的 引 脚 会 输 出 一 个 电 流 (Iil 。P2口 :P2口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8位 双 向 I/O端 口 。 P2口 的 输 出 缓 冲 器 可 驱 动 (吸 收 或 输 出 电 流 方 式 4个 TTL 输 入 。 对 端 口 写 1时 , 通 过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 , 这 时 可

12、 作 输 入 口 。 P2口 作 输 入 口 使 用 时 , 因 为 内 部 有 上 拉 电 阻 , 那 些 被 外 部 信 号 拉 低 的 引 脚 会 输 出 一 个 电 流(Iil 。在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 时 和 16位 外 部 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 (如 执 行 MOVX DPTR 时 , P2口 送 出 高 8位 地 址 。 在 访 问 8位 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 (如 执 行 MOVX RI 时 , P2口 引 脚 上 的 内 容 (就 是 专 用 寄 存 器 (SFR区 中 的 P2寄 存 器 的 内 容 , 在 整 个 访 问

13、 期 间 不 会 改 变 。P3口 :P3口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8位 双 向 I/O端 口 。 P3口 的 输 出 缓 冲 器 可 驱 动 (吸 收 或 输 出 电 流 方 式 4个 TTL 输 入 。 对 端 口 写 1时 , 通 过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 , 这 时 可 作 输 入 口 。 P3口 作 输 入 口 使 用 时 , 因 为 内 部 有 上 拉 电 阻 , 那 些 被 外 部 信 号 拉 低 的 引 脚 会 输 出 一 个 电 流 (Iil 。(2 排 阻 的 作 用所谓排阻就是若干个参数完全相同的电阻,它们的

14、一个引脚都连到一起, 作为公共引脚。其余引脚正常引出。所以如果一个排阻是由 n 个电阻构成的, 那么它就有 n+1只引脚,一般来说,最左边的那个是公共引脚。它在排阻上一 般用一个色点标出来。排阻一般应用在数字电路上,比如:作为某个并行口的 上拉或者下拉电阻用。使用排阻比用若干只固定电阻更方便。3. 2、系统框图 图 13. 3、程序框图 四 、设计步骤4.1硬件设计硬件系统是指构成微机系统的实体和装置,通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、 输出接口电路和输出设备等组成。 单片机实质上是一个硬件 的芯片, 在实际应用中, 通常很难直接和被控对象进行电气连接, 必须外加各种扩展

15、接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件,才能构成一个单片机应用系统。本设 计选用以 AT89S51单片机为主控单元。显示部分:8个 LED 灯循环亮灭。4.2单片机时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号, 单片机本身就是一个复杂的同步 时序电路,为了保证同步工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控制下严 格地按时序进行工作。在 MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器,其输入端为芯片引脚 X1,输出端为 引脚 X2,在芯片的外部跨接晶体振荡器和微调电容,形成反馈电路,就构成了 一个稳定的自激振荡器。 此电路采用 12MHz 的石英晶体。时钟电路如下图: 图 24.3复位电路电阻

16、的作用是用于上电复位的, VCC 以上电,由于电容两端电压不能突变,所 以 RST 上为高电平,然后电容放电, RST 就为低电平了,还可以用手动复位,此 电路应用自动复位。 图 34.4控制电路控制电路用于控制工作电路的工作情况,根据要求来控制电路,本电路的控制电路 用来控制流水灯的工作情况,当按下 1、 2、 3、 4各个开关时,电路具有左移、右 移、全亮、全没的功能,具体的控制电路如下: 图 44.5工作电路1 工作电路就是根据总的电路的指令, 来反应工作情况。 本电路的流水灯电路具体 的如下: 图 52根据各个模块的功能及他们的信号传输,连接电路如下:图 6五、软件设计5.1设计要求本

17、系统的功能就时实现流水灯的循环点亮,主要有四个功能,第一,按下第一个 按钮, 彩灯向上点亮循环, 按下第二个, 彩灯向下循环点亮, 按下第三个, 彩灯全亮, 按下第四个, 彩灯全灭。 彩灯用 8个发光二极管代替。 电路具有的控制彩灯点亮右移、 左移、全亮及全灭的功能用按键切换彩灯状态,彩灯两点移动时间间隔为 0.5秒。 5.2、软件的流程图 :图 75.3、程序设计ORG 0000H ;单片机上电后从 00000H 地址执行 AJMP START ;跳转到主程序存放地指出ORG 0030H ;设置主程序开始地址START: MOV SP,#60H ;设置堆栈起始地址为 60HMOV DPTR,

18、#TAB ;把 TAB 表首地址送入 DPTR START1: JNB P0.0,LOOP1 ;判断 P0.0处开关是否闭合JNB P0.1,LOOP2 ;判断 P0.1处开关是否闭合JNB P0.2,LOOP3 ;判断 P0.2处开关是否闭合JNB P0.3,LOOP4 ;判断 P0.3处开关是否闭合AJMP START1 ;如果没有开关闭合重新检测 LOOP1: CLR A ;累加器清零 河北建筑工程学院 单片机原理及应用课程设计 MOVC CJNE: A,A+DPTR ;取数值表中的数 A,#B,SHOW1;检查左移结束标志 AJMP START ;左移结束重新检测开关状态 ;将数据送到

19、 P1 口 ;调用延时子程序 ;取数据表指针指向下一数据 ;继续查表取数据 ;设定累加器的初始值 SHOW1: MOV P1,A ACALL DELAY INC DPTR AJMP LOOP1 LOOP2: MOV A,#09H MOVC A,A+DPTR ;取数值表中的数 CJNE A,#B,SHOW2;检查右移结束标志 AJMP START SHOW2: MOV P1,A ACALL DELAY INC DPTR AJMP LOOP2 LOOP3: MOV A,#08H ;右移结束重新检查开关状态 ;将数据送到 P1 口 ;调用延时子程序 ;取数据表指针指向下一数据 ;继续查表取数据 ;设

20、定累加器初始值 MOVC A,A+DPTR ;取数值表中的数 MOV P1,A AJMP START LOOP4: MOV A,#11H ;将数据送到 P1 口 ;全灭结束重新检测开关状态 ;设定累加器初始值 MOVC A,A+DPTR ;取数值表中的数 MOV P1,A AJMP START DELAY: MOV R0,#10 D0: D1: MOV R1,#200 MOV R2,#123 NOP D2: DJNZ R2,D2 DJNZ R1,D1 DJNZ R0,D0 10 ;将数据送到 P1 口 ;全灭结束重新检测开关状态 ;延时一段时间 河北建筑工程学院 单片机原理及应用课程设计 RE

21、T TAB: DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B DB B END ;子程序返回 ;程序结束 六、软件调试 软件调试一般分为以下四个阶段：1、 编写程序并查错；2、在汇编语言的编译系 统中编译源程序 3、对程序进行编译连接，并及时发现程序中存在的错误；4、改正 错误。 在软件调试过程中，对出现的错误进行了认真的分析和修改，多次调试成功后， 能够很好的达到既定的设计效果。 此系统可以改进为可以通过对开关的调节来控制流水灯电路具有控制彩灯点亮右 11 河北建筑工程学

22、院 单片机原理及应用课程设计 移、左移、全亮及全灭等功。 七、心得体会 经过一段时间的努力，我们顺利的完成了这次单片机课设。这是一个磨练意志的 过程。从课题的选择开始，计算器的设计、硬件和软件系统的设计、到最后的 Proteus 软件仿真完成，这其中经历了很多困难，但是更重要的是在这个过程中我得到了很大 的锻炼。一方面通过 C51 单片机等一些器件的设计让我学习和掌握了单片机技术的基 础知识和技术要点，也使以前学的很多知识都得到了运用；另一方面在用 Proteus 软 件画电路图时，然后再转换成一维的 WORD 中进行编辑，这个过程中让我掌握了计算机 辅助的设计技术。当然，这是一个需要不断的尝

23、试，不断的校核，不断的修改，最后 完成一个合理的设计的过程。需要的是细心和耐心。在很大程度上培养了我拼搏的工 作精神。使我受益匪浅，更加明确了自己专业的方向。 通过本次课设，我不仅学到了关于单片机技术方面的许多专业知识，同时也让我 感觉到团队合作的重要性。其实如何有效和快速的找到资料也是课设给我的启发，利 用好图书馆和网络，是资源的到最好的利用。与他人交流思想是取得成功的关键，在 交流中，不仅强化了自己原有的知识体系，也扩展了自己的思维。课设是一个通过思 考、发问、自己解惑并动手、提高的过程。我会在以后的学习中不断学习，积累经验， 完善自己。 对于这次单片机课程设计不仅巩固了以前所学过的知识，

24、 而且学到了很多在书本 上没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程。通过 这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够 的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的 实际动手能力和独立思考的能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，例如 对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，学习了单片机 C 语言。 这里我要感谢实验室的指导老师，没有老师的细致讲解和耐心的检查，也就没有 我的计算器出来，非常感谢！ 12 河北建筑工程学院 单片机原理及应用课程设计 八、参考文献 1徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与

25、设计（第二版） 北京航天航空大学出版 社,2004.9 2杨恢先 黄辉先著.单片机原理与应用.人民邮电出版,2009.7 3朱定华著.单片机原理与接口技术.电子工业出版社,2001.4 4王威著.HCS12 微控制器原理及应用.北京航空航天大学出版社,2007.10 5龚运新著.单片机 C 语言开发技术.北京清华大学出版社,2006.10 6胡洪波著.单片机原理与应用实验教程.湘潭大学出版社，2009.7 7单片机原理及其接口技术 胡汉才 编著 北京：清华大学出版社 8MCS-51 单片机原理及应用张毅刚 编著 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社 9 51 单片机 C 语言应用程序设计 实例精讲 （第二版） 戴佳 刘博文 编著 电 子工业出版社 13 专心-专注-专业