单片机的LED流水灯系统设计.docx
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单片机的LED流水灯系统设计
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目录
一、前言……………………………………………………………1
1.1课题简介………………………………………………………1
1.2设计目的………………………………………………………1
1.3设计任务及要求………………………………………………1
二、总体设计……………………………………………………………2
2.1设计思路………………………………………………………2
2.2元件清单………………………………………………………2
三、硬件设计……………………………………………………………3
3.1AT89C51………………………………………………………3
3.2程序框图………………………………………………………5
3.3系统框图………………………………………………………5
四、设计步骤……………………………………………………………5
4.1硬件设计………………………………………………………6
4.2单片机时钟电路………………………………………………6
4.3复位电路………………………………………………………6
4.4控制电路………………………………………………………7
4.5工作电路………………………………………………………7
五、软件设计……………………………………………………………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
一、前言
1.1课题简介
单片机全称叫单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）,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0.4秒。
二、总体设计
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P1.1～P1.7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LED1～LED8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。
元件名称
型号
数量/个
用途
单片机
AT89S51
1
控制核心
晶振
12MHZ
1
晶振电路
电容
30pF
2
晶振电路
电阻
Respack8
8
上位电阻
电阻
10k
4
开关电阻
电阻
10k
1
复位电路
电源
+5v
1
提供电源
拨码开关
BUTTON
4
发出信号
数码管
7SEG-MPX1-CC
8
显示电路
2.2.元件清单
三、硬件设计
3.1AT89C51
（1）AT89C51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RAM
32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：
①电源引脚
Vcc（40脚）：
典型值＋5V。
Vss（20脚）：
接低电平。
②外部晶振
XTAL1、XTAL2分别与晶振两端相连接。
③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”。
④控制引脚：
RST、ALE/-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）。
（4）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程序框图
图1程序框图
3．3系统框图
图2系统框图
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3时钟电路
4.3复位电路
电阻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4复位电路
4.4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5控制电路
4.5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6工作电路
（2）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硬件连接图
五、软件设计
5.1设计要求
本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0.4秒。
5.2软件的流程图：
图7软件的流程图
5.3程序设计
ORG0000H;单片机上电后从00000H地址执行
AJMPSTART;跳转到主程序存放地指出
ORG0030H;设置主程序开始地址
START:
MOVSP,#60H;设置堆栈起始地址为60H
MOVDPTR,#TAB;把TAB表首地址送入DPTR
START1:
JNBP0.0,LOOP1;判断P0.0处开关是否闭合
JNBP0.1,LOOP2;判断P0.1处开关是否闭合
JNBP0.2,LOOP3;判断P0.2处开关是否闭合
JNBP0.3,LOOP4;判断P0.3处开关是否闭合
AJMPSTART1;如果没有开关闭合重新检测
LOOP1:
CLRA;累加器清零
AJMPSTART;左移结束重新检测开关状态
SHOW1:
MOVP1,A;将数据送到P1口
ACALLDELAY;调用延时子程序
INCDPTR;取数据表指针指向下一数据
AJMPLOOP1;继续查表取数据
LOOP2:
MOVA,#09H;设定累加器的初始值
AJMPSTART;右移结束重新检查开关状态
SHOW2:
MOVP1,A;将数据送到P1口
ACALLDELAY;调用延时子程序
INCDPTR;取数据表指针指向下一数据
AJMPLOOP2;继续查表取数据
LOOP3:
MOVA,#08H;设定累加器初始值
MOVP1,A;将数据送到P1口
AJMPSTART;全灭结束重新检测开关状态
LOOP4:
MOVA,#11H;设定累加器初始值
MOVP1,A;将数据送到P1口
AJMPSTART;全灭结束重新检测开关状态
DELAYMOVR0,#10;延时一段时间
D0:
MOVR1,#100
D1:
MOVR2,#198
NOP
D2:
DJNZR2,D2
DJNZR1,D1
DJNZR0,D0
RET;子程序返回
TAB:
END;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，流水灯的设计、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，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。
这里我要感谢张东辉老师，没有老师的细致讲解和耐心的检查，也就没有我的流水灯的出现。
八、参考文献
[1]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计（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
[8]《MCS-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
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