心形流水灯设计报告docWord文档格式.docx

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所在学院

电子信息与电气工程学院

专业、年级、班

设计要求：

1、设计一个用单片机控制的的心形流水灯系统；

2、LED灯数量为32个；

3、可以实现循环点亮、依次熄灭的基本功能；

4、可以实现对角闪亮、间隔闪亮、顺时针闪亮、逆时针闪亮等多种功能。

学生应完成的任务：

完成心形流水灯电路设计，利用Keil软件编写程序，Proteus软件进行电路功能仿真，利用AltiumDesigner软件绘制电路原理图，设计制作电路的PCB板，对电路进行安装、调试，并提交课程设计报告。

参考文献：

[1]林志琦.基于Proteus的单片机可视化软硬件仿真[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2006.

[2]何立民.MCS-51单片机应用系统设计[M].北京：

北京航空航天大学出版社，1990.

[3]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：

高等教育出版社，2004.

[4]谷树忠，刘文洲，姜航.AltiumDesigner教程-原理图、PCB设计与仿真.北京：

电子工业出版社，2010.

[5]张阳天，韩异凡.ProtelDXP电路设计[M].北京：

高等教育出版社，2005.

工作计划：

4月20日—4月22日，拟定系统硬件方案；

4月23—4月24日，完成系统软件设计；

4月25日—4月26日，编写程序；

4月27日—4月28日，烧录程序并制作系统硬件电路；

4月29日—4月30日，书写课程设计报告并提交。

任务下达日期：

2015年4月20日

任务完成日期：

2015年4月30日

指导教师（签名）：

学生（签名）：

摘要：

设计了一个心形流水灯电路，该电路可以实现32个LED灯循环闪亮、依次熄灭、对角闪亮、对角熄灭、间隔闪亮、间隔熄灭等多种功能。

该电路主要由单片机芯片STC89C52、电源电路、时钟电路、复位电路和显示电路组成。

利用Keil软件编写C语言程序，并生成目标代码Hex文件。

使用Proteus软件设计仿真电路，并调入已编译好的目标代码，即可在仿真图中看到模拟实物的运行状态和过程。

使用AltiumDesigner软件对电路进行原理图设计和PCB设计，并对该电路行安装和调试，调试结果可以实现流水灯的多种亮灭循环的功能。

本人主要负责程序设计。

关键词：

心形流水灯；

STC89C52；

复位电路；

时钟电路；

电路仿真

1.设计背景

1.1流水灯在生活中的应用

随着现代科学技术的持续进步和发展以及人们生活水平的不断提高，以大规模、超大规模集成电路为首的电子工艺技术的使用也越来越广泛，结合单片机技术设计的电子电路也层出不穷。

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。

利用控制电路可使彩灯按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电。

彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，从歌舞厅到卡拉OK包房，从节日的祝贺到日常生活中的点缀，这些不仅说明了我们对生活的要求有了质的飞跃，也说明科技在现实生活中的运用有了较大的发展。

在这一设计中我们将运用单片机技术，与单片机芯片STC89C52的功能，对心形流水灯系统进行设计，来实现流水灯的多种亮与灭的循环，给人带来美感。

1.2单片机在生产及生活中的应用

单片微计算机自20世纪70年代问世以来，已对人类生活产生了巨大的影响。

尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高、可靠性强、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点，在世界范围内已经得到了广泛的普及和应用。

也正是由于单片机的这些特点，它的出现是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物，给工业自动化等领域带来了一场重大的革命。

单片机体积小，很容易嵌入到系统之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，而一般的微型计算机无法做到。

由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的外部适当的增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活的构成各种应用系统，如工业自动检测监控系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。

除此之外，单片机在家用电器中的应用也很普及，例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加湿机、消毒柜等，在这些设备中嵌入了单片机之后，其功能和性能大大提高，并可实现智能化和最优化控制。

2.设计方案

2.1方案对比

1、单片机芯片的比较与选择

单片机作为该电路的主要控制器芯片，即整个系统的控制核心部分，主要是负责控制LED灯的不同变化速度以及变化效果。

因此对单片机芯片的选择，必须要求其功耗低、数据转换速率快。

方案一：

采用STC89C52单片机。

STC89C52单片机是一种低耗、可编程、高性能的8位微控制处理器，其内部包括微处理器、具有8K的系统可编程Flash存储器、看门狗定时器、输入/输出口、中断系统等，其具有价格低廉、技术成熟、操作简单等特点，满足本系统的要求。

方案二：

选择TI公司生产的MSP430F149系列单片机系统。

此款单片机具有低电压、超低功耗的特点，工作电压在3.6-1.8V之间，具有强大的功能和高效的运算处理能力。

方案选择：

由于STC89C52芯片价格便宜，支持在线下载程序而且MSP430F149系列单片机的功能已经远远高于我们本系统，操作不便。

综合考虑，我们选择方案一。

2、LED灯控制方式的比较与选择

选用单片机I/O口一对一直接控制LED灯，正好控制32个LED灯。

采用74HC573锁存器控制LED灯，当运用两片74HC573锁存器就可以控制32个LED灯，只占用了单片机的10个I/O口，这样可以减少I/O口数量。

为了操作方便，减少复杂的步骤，我们采取方案一。

2.2STC89C52芯片功能

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能的微控制器，具有8K的系统可编程Flash存储器，其具有传统51单片机不具备的功能，在经典的MCS-51内核上做了很多的改进，使得STC89C52在处理嵌入式控制应用系统时更加高效、灵活。

STC89C52具有以下标准功能：

4个外部中断、全双工串行口、一个7向量4级中断结构、3个16位定时器/计数器、8K字节Flash、512字节RAM（随机存储器）、看门狗定时器，其12周期和6周期可以任意选择，其工作电压在3V~5.5V之间，工作频率在0~40MHZ，实际工作频率可达48MHZ。

其管脚的封装图如图1所示。

图1单片机管脚封装图

1、电源引脚

（1）VCC（38脚）：

芯片电源，接+5V；

（2）GND（16脚）：

接地端；

2、时钟引脚

（1）XTAL1（15脚）：

片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。

当使用片内振荡器时，该引脚连接外部石英晶体和微调电容；

当采用外接时钟源时，该引脚接外部时钟振荡器的信号。

（2）XTAL2（14脚）：

片内振荡器反相放大器的输出端。

当采用外部时钟源时，该引脚悬空。

3、控制引脚

（1）ALE（27脚）：

用来锁存P0口送出的低8位地址

（2）PSEN（26脚：

外部ROM读选通信号。

（3）RST（4脚）：

复位信号输入端。

（4）EA’/Vpp（29脚）：

内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

4、并行I/O引线

（1）P0口：

8位，漏极开路的双向I/O口。

当STC89C52扩展外部存储器及I/O接口芯片时，P0口作为地址总线（低8位）及数据总线的分时复用端口。

P0口也可作为通用的I/O口使用，但需要上拉电阻，这时为准双向口。

当作为通用的I/O输入时，应先向端口输出锁存器写入1，P0口可驱动8个TTL负载。

（2）P1口：

8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。

P1是专为用户使用的准双向I/O口。

当作为通用的I/O口输入时，应先向端口锁存器输入1，P1口可驱动4个LS型TTL负载。

（3）P2口：

当STC89C52扩展外部存储器及I/O口时，P2作为高8位地址总线用，输出高8位地址。

P2口也可作为普通的I/O口使用。

当作为普通的I/O口使用时，应先向端口锁存器输入1，P1口可驱动4个LS型TTL负载。

（4）P3口：

P3口可作为普通的I/O口使用，当作为普通的I/O输入时，应先向端口输出锁存器输入1，P3口可驱动4个LS型TTL负载。

P3口还可提供第二功能，其第二功能定义见表1。

表1P3口第二功能定义表

引脚

第二功能

说明

P3.0

RXD

串行数据输入口

P3.1

TXD

串行数据输出口

P3.2

INT0’

外部中断0输入

P3.3

INT1’

外部中断1输入

P3.4

T0

定时器0外部计数输入

P3.5

T1

定时器1外部计数输入

P3.6

WR’

外部数据存储器写选通输入

P3.7

RD’

外部数据存储器读选通输入

（4）P4口：

可实现位寻址。

2.3方案论证

按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。

STC89C52单片机是本次课程设计运用的主要元件。

心形流水灯设计使用一个带有32个发光二极管的单片机最小应用系统，即为发光二极管、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P0、P1、P2、P3口的LED灯亮起来，只要将P0、P1、P2、P3口的电平变为低电平就可以了。

因此，要实现流水灯功能，要将LED依次点亮、熄灭，32只LED灯便会一亮一暗做流水灯了。

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，在控制LED亮灭的时候应该延时一段时间，否则就看不到"

流水"

效果了。

硬件设计框图如图2所示。

图2硬件设计框图

3.方案实施

3.1电路原理图设计

1、电源电路

本次课程设计，单片机正常工作要求输出电压为稳定的5V，输出电压能够适应所带负载的启动项能。

并且电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流，但是不至于会烧坏元器件。

我们采用USB取电，4.8V锂电池供电。

电源电路如图所示，C1和C2起到滤波作用，R18和R19的作用是平衡电路中的电流，以免在只有1个LED灯亮时烧坏元器件。

电源电路如图3所示。

图3电源电路图

2、时钟电路

单片机内有一个由反相放大器所构成的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。

在XTAL1和XTAL2引脚上外接石英晶体和微调电容构成并联振荡回路。

晶振频率设置为11.0592MHZ,作用是产生时钟信号。

单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。

电容值为30pF,可以起到频率微调作用。

时钟电路如图4所示。

图4时钟电路图

3、复位电路

单片机RST接口为复位信号输入端，高电平有效。

在该引脚上加上持续时间大于两个机器周期的高电平，就可以使单片机复位。

在单片机正常工作时，此引脚应为小于或等于0.5V的低电平。

复位电路接单片机RST端口,在RST输入端出现高电平时实现复位和初始化。

复位电路如5所示。

图5复位电路

4、显示电路

单片机的P0口为8