078319120张胜男.docx

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078319120张胜男

徐州师范大学科文学院

本科生课程设计

课程名称：

单片机课程设计

题目：

流水灯

专业班级：

07级电信

（1）班

学生姓名：

张胜男

学生学号：

078319120

日期：

2010-6-24

指导老师：

[摘要]

自计算机问世以来，单片机技术在社会各领域中得到了广泛的应用。

在流水灯控制系统中，单片机更是取代了由齿轮调节延迟时间的旧式市发展速度，成为日后此系统中的核心部分。

由于单片机具有一些突出的优点：

体积小、重量轻、电源单一、功耗低；功能强、价格低；数据大都在单片机内部传送，运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高，所以单片机被广泛的应用于测控系统、数据采集、智能仪器仪表、机电一体化产品、智能接口、计算机通信以及单片机的多级系统等领域。

本文主要讲的是单片机，课题名称为单片机流水灯控制，它使我们学会了如何使用单片机控制我们日常生活中的多设备设施的应用。

通过本课题的设计以后，使我了解到了单片机的许多方面的应用。

本课题详细地介绍了一种由MCS-89C51集成块编程实现的控制电路，它完成了单片机流水灯控制功能，并给出了具体的硬件电路和相应的程序。

这种控制电路可靠性，灵活性高，使用范围广，特别适合中小城市的交通灯、霓虹灯等的应用。

而且，它对其他类似系统的开发具有一定的借鉴意义。

[Abstract]

Sincetheintroductionofcomputer-chiptechnologyinsociety,ineveryfieldinawiderangeofapplications.Runninglightcontrolsystems,themicrocontrollerisreplacedbythegearregulatingthedelaytimeofoldgrowthrateinfutureintheheartofthissystem.DuetotheMCUhasseveralbenefits:

smallsize,lightweight,asinglepowersupply;features,lowpowerconsumptionandlow;andthedatatransfer,onefindsinSCMinternal,runfast,uding,highreliability,sosingle-chipiswidelyusedinmeasurementandcontrolsystem,dataacquisition,instrumental,Mechatronicsproduct,smartinterface,computercommunications,aswellassingle-chipmultilevelsystem,etc.Thisarticleisprimarilydealswithasubjectnameissingle-chip-chip,flowingwaterandlightcontrol,whichenableswelearnedhowtousetheSCMcontrolourlivesintheapplicationofthefacility.Thedesignofthissubjectatalatertime,introducedmetomanyaspectsoftheSCM.ThistopicdescribesindetailbytheMCS-89C51manifoldprogrammingthecontrolcircuit,itcompletedthesingle-chipflowingwaterandlightcontrolfeatures,andgivesspecifichardwarecircuitsandtheappropriateprogram.Thiskindofcontrolcircuitreliability,flexibility,usethewide-rangingespeciallysuitableformedium-sizedcitiesoftrafficlights,neonlights,etc.Rather,itonothersimilarsystemhascertainsignificance.

关键字：

可编程控制器；控制时序；程序存储器；时序电路；目标程序；子函数；循环程序；

Keywords:

Programmablecontroller；Sequencecontrol；Programmemory；Sequentialcircuitsthetargetprogram；Childfunction;Cycleprocedure.

一·设计任务

做单一灯的左移右移，八个发光二极管L1-L8分别接在单片机的P1.0→P1.2→P1.3┅→P1.7→P1.6→┅→P1.0亮，重复循环3次。

然后左移2次，右移2次，闪烁2次（延时的时间０.2秒）。

二·设计目的

（1） 熟练掌握Keil C51集成开发环境的使用方法

（2） 熟悉Keil C51集成开发环境调试功能的使用和DP51PRO.NET单片机仿真器、编程器、实验仪三合一综合开发平台的使用。

（3） 利用单片机的P1口作IO口，学会利用P1口作为输入和输出口。

（4） 了解掌握单片机芯片的烧写方法与步骤。

（5） 学会用单片机汇编语言编写程序，熟悉掌握常用指令的功能运用。

（6） 掌握利用Protel 99 SE绘制电路原理图及PCB图。

（7） 了解PCB板的制作腐蚀过程。

三、设计实验器材：

PC机（一台）

PCB板（一块）

520Ω电阻（八只）

10K电阻（一只）

LED发光二极管（八只）

25V 10μF电容（一只）

单片机IC座（一块）

AT89C51单片机芯片（一块）

热转印机（一台）

DP51PRO.NET单片机仿真器、编程器、实验仪三合一综合开发平台（一台）。

四·设计要求

基于51单片机的流水灯

利用51单片机P0口实现8个LED（发光二极管）的流水灯控制。

可以使用Proteus软件进行仿真调试。

　1.引言

　　当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。

单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。

目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。

学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，本文笔者用AT89C51单片机自制了一款简易的流水灯，重点介绍了其软件编程方法，以期给单片机初学者以启发，更快地成为单片机领域的优秀人才。

　　2.硬件组成

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。

AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，具有丰富的内部资源：

4kB闪存、128BRAM、32根I/O口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口，具有4.25～5.50V的电压工作范围和0～24MHz工作频率，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。

从原理图中可以看出，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。

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。

　3.软件编程

　单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能看到流水灯循环点亮的现象，我们还需要告诉单片机怎么来进行工作，即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的一亮一灭。

软件编程是单片机应用系统中的一个重要的组成部分，是单片机学习的重点和难点。

下面我们以最简单的流水灯控制功能即实现8个LED灯的循环点亮，来介绍实现流水灯控制的几种软件编程方法。

4·实验步骤

（1）根据原理图（下图所示），用导线把单片机综合开发平台A2区的J61接口与D1区的J52接口相连。

（2）将流水灯程序编写完整并使用TKStudy ICE调试运行。

（3）使用导线把A2区J61接口的P1口7个口分别与J52接口的八个LED相连。

（4）打开电源，将编写好的程序运用TKStudy ICE进行全速运行，看能否实现任务要求。

（5）观察运行结果，若能实现功能，则将正确编译过的HEX文件通过EasyPRO51编程器写入MCU片内存储器，然后将烧写的芯片A2区的圆孔IC座进行最终实验结果的演示。

（6）制板。

首先利用Protel 99 SE画好原理图，根据原理图绘制PCB图，然后将绘制好的PCB布线图打印出来，经热转印机转印，将整个布线图印至PCB板上，最后将印有布线图的PCB板投入装有三氯化铁溶液的容器内进行腐蚀，待PCB板上布线图外的铜全部后，将其取出，清洗干净。

（7）焊接。

将所给元器件根据原理图一一焊至PCB板相应位置。

（8）调试。

先把AT89C51芯片插入IC座，再将+5V电源加到制作好的功能板电源接口上，观察功能演示的整个过程（看能否实现任务功能）。

5·课题设计的意义

设计重点是应用单片机对彩灯控制的规则要求给出相应不同的电路设计，对器件选择，线路连接，有较深入地分析探讨，对软件设计也应有一定的造诣，这对单片机应用及相应电子电路知识有较好的掌握，要求最终正确无误的给出优质的电路分析设计及对多种方式深入分析探讨，对软件设计能提出相应建设性意见，并写出合格的课程设计论文。

6·课题设计的实现方法

（1）硬件电路坄计

89c51应用系统设计（晶振电路,上电复位电路）

P1囗接八个彩灯

P3.0---p3.7接8个开关堤供8种组合

（2）程序设计:

先画流程图再根据流程图写程序

软件步骤：

a.主程序:

查询程序八个分支:

停止,1灯流水,2灯流水,4灯流水,

1灯间隔,2灯间隔

怏速/墁速,循环

每个子程序执行完后返回主程序

b.子程序:

0.5秒延时

2秒延时

停止

1灯流水,

2灯流水,

4灯流水,

1灯间鄗,

2灯间鄗

怏速/墁速,

循环

c.选芯片,元件按设计连线

d.子程序调试

硬件步骤：

1.实验板与pc机联机

2.输入子程序单步执行.如果流水灯显示错误,检查接口是否有误,若旡误再检查椌制代码.直至符合要求.

3.在延时后设断点,每执行1次流水灯袳动1次

4.连续执行完成1种流水灯的调试

5.改变控制代码逐个完成斦有子程序

总调试：

1.输入主程序及子程序

2.按子程序调试执行,先执行1灯流水,成功后复位.再执行2灯流水,4灯流水,

1灯间隔,2灯间隔,怏速/墁速,循环.

3.任－流水灯执行中间改变控制方式,若不成功检查子程序能否返回主程序

4..连续执行符合设计要求

五·设计内容

1·以下是几种流水灯实现的方法：

（1）3.1位控法

　　这是一种比较笨但又最易理解的方法，采用顺序程序结构，用位指令控制P1口的每一个位输出高低电平，从而来控制相应LED灯的亮灭。

程序如下：

　　ORG      0000H           ；单片机上电后从0000H地址执行

　　AJMP    START          ；跳转到主程序存放地址处

　　ORG      0030H           ；设置主程序开始地址

　　START：

MOV     SP，#60H     ；设置堆栈起始地址为60H

　　CLR       P1.0              ；P1.0输出低电平，使LED1点亮

　　ACALL　DELAY         ；调用延时子程序

　　SETB　　P1.0            ；P1.0输出高电平，使LED1熄灭

　　CLR　　P1.1             ；P1.1输出低电平，使LED2点亮

　　ACALL　DELAY         ；调用延时子程序

　　SETB　　P1.1            ；P1.1输出高电平，使LED2熄灭

　　CLR　　P1.2            ；P1.2输出低电平，使LED3点亮

　　ACALL　DELAY         ；调用延时子程序

　　SETB　　P1.2           ；P1.2输出高电平，使LED3熄灭

　　CLR　　P1.3            ；P1.3输出低电平，使LED4点亮

　　ACALL　DELAY         ；调用延时子程序

　　SETB　　P1.3            ；P1.3输出高电平，使LED4熄灭

　　CLR　　P1.4            ；P1.4输出低电平，使LED5点亮

　　ACALL　DELAY         ；调用延时子程序

　　SETB　　P1.4            ；P1.4输出高电平，使LED5熄灭

　　CLR　　P1.5            ；P1.5输出低电平，使LED6点亮

　　ACALL　DELAY         ；调用延时子程序

　　SETB　　P1.5            ；P1.5输出高电平，使LED6熄灭

　　CLR　　P1.6            ；P1.6输出低电平，使LED7点亮

　　ACALL　DELAY         ；调用延时子程序

　　SETB　　P1.6            ；P1.6输出高电平，使LED7熄灭

　　CLR　　P1.7            ；P1.7输出低电平，使LED8点亮

　　ACALL　DELAY         ；调用延时子程序

　　SETB　　P1.7            ；P1.7输出高电平，使LED8熄灭

　　ACALL　DELAY         ；调用延时子程序

　　AJMP　 START          ；8个LED流了一遍后返回到标号START处再循环

　　DELAY：

　                  ；延时子程序

　　MOV     R0，#255　　；延时一段时间

　　D1：

     MOV     R1，#255

　　DJNZ     R1，$

　　DJNZ     R0，D1

　　RET                            ；子程序返回

　　END                           ；程序结束

（2）3.2循环移位法

　　在上个程序中我们是逐个控制P1端口的每个位来实现的，因此程序显得有点复杂，下面我们利用循环移位指令，采用循环程序结构进行编程。

我们在程序一开始就给P1口送一个数，这个数本身就让P1.0先低，其他位为高，然后延时一段时间，再让这个数据向高位移动，然后再输出至P1口，这样就实现“流水”效果啦。

由于8051系列单片机的指令中只有对累加器ACC中数据左移或右移的指令，因此实际编程中我们应把需移动的数据先放到ACC中，让其移动，然后将ACC移动后的数据再转送到P1口，这样同样可以实现“流水”效果。

具体编程如下所示，程序结构确实简单了很多。

　　ORG      0000H           ；单片机上电后从0000H地址执行

　　AJMP    START          ；跳转到主程序存放地址处

　　ORG      0030H           ；设置主程序开始地址

　　START：

MOV     SP，#60H     ；设置堆栈起始地址为60H

　　MOV　  A，#0FEH     ；ACC中先装入LED1亮的数据（二进制的11111110）

　　MOV　　P1，A          ；将ACC的数据送P1口

　　MOV　　R0，#7        ；将数据再移动7次就完成一个8位流水过程

　　LOOP：

 RL         A                  ；将ACC中的数据左移一位

　　MOV     P1，A           ；把ACC移动过的数据送p1口显示

　　ACALL  DELAY         ；调用延时子程序

　　DJNZ     R0，LOOP    ；没有移动够7次继续移动

　　AJMP    START         ；移动完7次后跳到开始重来，以达到循环流动效果

　　DELAY：

　                              ；延时子程序

　　MOV     R0，#255　　；延时一段时间

　　D1：

     MOV     R1，#255

　　DJNZ     R1，$

　　DJNZ     R0，D1

　　RET                            ；子程序返回

　　END                           ；程序结束

（3）　3.3查表法

      上面的两个程序都是比较简单的流水灯程序，“流水”花样只能实现单一的“从左到右”流方式。

运用查表法所编写的流水灯程序，能够实现任意方式流水，而且流水花样无限，只要更改流水花样数据表的流水数据就可以随意添加或改变流水花样，真正实现随心所欲的流水灯效果。

我们首先把要显示流水花样的数据建在一个以TAB为标号的数据表中，然后通过查表指令“MOVC　A，@A+DPTR”把数据取到累加器A中，然后再送到P1口进行显示。

具体源程序如下，TAB标号处的数据表可以根据实现效果的要求任意修改。

　　ORG      0000H           ；单片机上电后从0000H地址执行

　　AJMP    START          ；跳转到主程序存放地址处

　　ORG      0030H           ；设置主程序开始地址

　　START：

MOV      SP，#60H     ；设置堆栈起始地址为60H

　　MOV     DPTR，#TAB      ；流水花样表首地址送DPTR

　　LOOP：

 CLR       A                         ；累加器清零

　　MOVC   A，@A+DPTR     ；取数据表中的值

　　CJNE    A，#0FFH，SHOW；检查流水结束标志

　　AJMP    START                 ；所有花样流完，则从头开始重复流

　　SHOW：

MOV     P1，A                  ；将数据送到P1口

　　ACALL  DELAY                ；调用延时子程序

　　INC       DPTR                  ；取数据表指针指向下一数据

　　AJMP    LOOP                  ；继续查表取数据

　　DELAY：

　                                     ；延时子程序

　　MOV     R0，#255　　      ；延时一段时间

　　D1：

     MOV     R1，#255

　　DJNZ     R1，$

　　DJNZ     R0，D1

　　RET                                  ；子程序返回

　　TAB：

　　　　                               ；下面是流水花样数据表，用户可据要求任意编写

　　DB  11111110B                    ；二进制表示的流水花样数据，从低到高左移

　　DB  11111101B

　　DB  11111011B

　　DB  11110111B

　　DB  11101111B

　　DB  11011111B

　　DB  10111111B

　　DB  01111111B

　　DB  01111111B                    ；二进制表示的流水花样数据，从高到低右移

　　DB  10111111B

　　DB  11011111B

　　DB  11101111B

　　DB  11110111B

　　DB  11111011B

　　DB  11111101B

　　DB  11111110B

　　DB  0FEH，0FDH，0FBH，0F7H     ；十六进制表示的流水花样数据

　　DB  0EFH，0DFH，0BFH，7FH

　　DB  7FH，0BFH，0DFH，0EFH

　　DB  0F7H，0FBH，0FDH，0FEH

　　……

　　DB0FFH                                   ；流水花样结束标志0FFH

2·设计方法：

实现8个LED流水灯程序用中文表示为：

P1.0低、延时、P1.0高、P1.1低、延时、P1.1高、P1.2低、延时、P1.2高、P1.3低、延时、P1.3高、P1.4低、延时、P1.4高、P1.5低、延时、P1.5高、P1.6低、延时、P1.6高、P1.7低、延时、P1.7高、返回到开始、程序结束。

　　从上面中文表示看来实现单片机流水灯很简单，但是我们不能说P1.0你变低，它就变低了。

因为单片机听不懂我们的汉语的，只能接受二进制的“1、0......”机器代码。

我们又怎样来使单片机按我们的意思去工作呢？

为了让单片机工作，只能将程序写为二进制代码交给其执行；早期单片机开发人员就是使用人工编写的二进制代码交给单片机去工作的。

今天，我们不必用烦人的二进制去编写程序，完全可以将我们容易理解的“程序语言”通过“翻译”软件“翻译”成单片机所需的二进制代码，然后交给单片机去执行。

这里的“程序语言”目前主要有汇编语言和C语言两种；在这里我们所说的“翻译”软件，同行们都叫它为“编译器”，将“程序语言”通过编译器产生单片机的二进制代码的过程叫编译。

前面说到，要想使LED1变亮，只需将对应的单片机引脚电平变为低电平就可以了。

现在让我们将上面提到的8只LED流水灯实验写为汇编语言程序。

接下来，我们将上述程序编译，并烧写到