基于单片机的广告灯设计.docx

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基于单片机的广告灯设计

《单片机原理及应用》

课程设计

题目∶

广告灯

院系∶

机电工程系

专业班级∶

机电一体化机电0911

姓名∶

晓寒

学号∶

21

指导教师∶

沈全鹏

成绩∶

2011年12月日

目录

中文摘要............................................................................2

英文摘要............................................................................2

绪论...................................................................................3

第一章　设计思路.目的和方案的确定..............................4

1.1设计思路.....................................................................4

1.2设计目的.....................................................................5

1.3方案的确定..................................................................6

第二章 主要元器件介绍..................................................7

2.1AT89S51...................................................................7

2.2发光二极管................................................................10

2.3石英晶振…………………………………………….….11

2.4蜂鸣器........................................................................12

第三章　电路图.程序框图...............................................13

第四章 电路分析及原理.................................................15

4.1电路分析....................................................................15

4.2电路原理....................................................................17

结 论..............................................................................18

参考文献.........................................................................19 

附录：

C语言程序..........................................................20

中文摘要

　随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,个大中小城市都在进行亮化工程。

个人企业为宣传自己企业的形象和产品,均采用广告手法之一:

流水灯来实现这一目的.当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的流水灯广告均可以见到,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多种彩色的灯管,另一种为日光等管或白炽灯管作为光源,另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果。

这些灯的亮灭,闪烁时间及流动方向等均可以通过单片机来达到控制的要求.

（关键字:

　广告灯、AT89S51单片机、程序设计）

EnglishAbstract

Withthedeepeningofreform,thesocialistmarketeconomy,increasingprosperityanddevelopmentofcitiesduringthemonthsXinhuanetlightingproject.Individualcompaniestopromotetheircorporateimageandproductsareoneofadvertisingpractices:

waterlightstoachievethispurpose.Whenwewalkinthestreetsatnight,theroadonbothsidesofagreatvarietyofwatercanseethelightsalladvertising,aismadeofneontubesofvariousshapesandavarietyofcolortubes,andtheotherforsunlight,suchasapipeortubeastheincandescentlightsource,languageorreprovisionalargeposteradvertisingtoachievetheeffectofpublicity.Outofthesebrightlights,flashingallthetimeandtheflowdirectioncanbeachievedthroughthesingle-chipcontrol.

（Keyword：

AdvertisementlampAT89S51SinglechipProgramDesign）

绪论

在现在诸多的娱乐场所、理发店、宾馆、饭店、公司等的门外，都可以看到各式各样的广告流水灯。

所谓“广告流水灯”，就是将一系列的有颜色的广告灯串联接在一起，然后令这些灯按一定的次序逐个或者几个的一次点亮和熄灭。

由于各灯点亮和熄灭，产生的效果就像流动的水一样，因此，就称这类广告灯为“广告流水灯”。

生活中广告流水灯的形式和点亮的次序是多种多样的。

有单一颜色的几个灯按固定的次序来点亮的，有多个不同颜色的灯构成某一图案依次点亮的，也有多排广告灯按多种组合好的次序循环点亮的等。

我设计的广告流水灯，就是这些广告灯中的类型。

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。

在大学学习期间,完成了前期的单片机基础知识学习以后，从大三开始将理论学习和实践相结合,逐步完成了一些系统的设计与制作。

但以前在制作课件时只是学一点做一点，没有系统的总结经验。

此次的论文撰写我认真对以前的单片机应用过程中的问题进行了回顾和总结，使自己的经验得到了理论上的升华，这些都将是自己今后进一步发展的宝贵财富。

为了实现用单片机对广告灯实现控制，我用单片机着手对广告灯进行编程，画出接线图、流程图和写出指令表再运行程序，然后根据实际情况对程序进行调试与完善。

在这次的课程中，我发现单片机在工业控制中的作用很大，它能使人的控制转变成自动控制，大大地降低了产品的成本，很大地提高生产效率。

第一章　设计思路.目的和方案的确定

1.1设计思路

生活中广告流水灯的形式和点亮的次序是多种多样的。

有单一颜色的几个灯按固定的次序来点亮的，有多个不同颜色的灯构成某一图案依次点亮的，也有多排广告灯按多种组合好的次序循环点亮的等。

我的设计就是这些广告灯中的最基本类型。

首先通过互联网看到有关流水灯的资料，然后看到一个电路图，用单片机的8个引脚（P1.0—P1.7）接8个发光二极管。

如图1.1：

图1.1

最后我把它复杂化，利用32个彩色发光二级管实现，构成4个字母。

分别是：

Y,J,X,Y.如图1.2

图1.2

四个字母代表的是“阳江学院”每一个字拼音的开始第一个字母。

4个字母分别由P1.0—P.3控制。

我的程序是令这4个字母一通电，就执行初始的程序。

然后我增加了五个开关，五个开关对应P2.0—P2.4。

每个开关都有一个程序让4个字母以不同的方式亮。

分别是：

左移，右移，从外向内亮，闪亮，一直亮。

最后，我还设计了一个报警：

当任意两个以上开关都开的话，前一个程序执行完后，程序蜂鸣器就会报警。

1.2设计目的

（1）在学习了《单片机原理及接口技术》课程后，为了加深对理论知识的理解，学习理论知识在实际中的运用，培养动手能力和解决实际问题的能力。

进一步理解和消化书本知识，运用所学知识和技能进行简单的设计。

（2）熟悉Keil软件的调试和仿真。

（3）通过实验提高对单片机的认识。

（4）通过实验提高焊接、布局、电路检查能力。

（5）通过实验提高软件调试能力。

（6）进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。

（7）掌握在单片机系统中各个引脚的作用。

（8）掌握数据输出程序的设计方法。

（9）学习8051芯片及LED的使用。

（10）通过课程设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，

解电路参数的计算方法。

（11）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。

（12）通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发一单片

机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。

（13）通过课程设计提高应用能力，分析问题和解决问题的能力。

（14）培养查阅资料的习惯,训练和提高自学，独立思考的能力。

（15）能够正确理解课程设计的题目和意义，全面思考问题。

（16）运用科学合理的方法，认真按时完成。

1.3方案的确定

方案一：

用电子器件设计制作密码锁的控制电路，使之在输入正确的代码时，输出

信号以启动执行机构动作，并且用红、绿LED指示关锁、开锁状态。

密码锁控

制器中存储一个4位代码，当开锁按扭开关（可设置6至8位，其中只有4位

有效，其余2至4位为虚设）的输入代码等于存储代码时启动开锁控制电路，

并且用绿灯亮、红灯灭表示开锁状态。

从第一个按扭触动后的5秒内若未能将

锁打开，则电路自动复位并由扬声器发出持续10至20秒的报警信号，同时用

绿灯灭、红灯亮表示关锁状态。

要求性能可靠、操作简便。

密码锁控制器中存

储的4位密码可以修改。

方案二：

数字电子钟应能以秒为最小单位计时，同时应能用数字直观显示当前的时，

分秒。

系统结构要求：

秒信号产生1Hz的标准计时信号，计时电路记录当前的时，分，秒值，数字显示以数字方式显示出当时的时间值，音响报时电路用于整点报时，时分调整电路用于校正当前的时间。

可手动校正分，时。

整点报时。

方案三：

流水灯设计，本设计以AT89S51单片机为核心并用它来控制发光二极管双灯点亮循环的实验装置，用AT89S51单片机控制32个发光二极管发光，实现亮点以12HZ频率在高、低位循环移动。

通过Keil软件、仿真，并能从中掌握通过软件控制发光二极管的思路和技巧。

这次设计重点就在于利用单片机的知识去控制系统的运行。

考虑到原件是否充足和个人能力的问题。

方案一和方案二，需要的原件很多而且做起来比较困难。

而方案三比较简单，需要的原件很容易就找到。

所以最后确定采用方案三

第二章　主要元器件介绍

2.1AT89S51

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

　　AT89S51具有如下特点：

40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

管脚说明：

　VCC：

供电电压。

　　GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，

P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

　　P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

　　P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

　　P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

I/O口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将

根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完成的不需要我们操心1然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上面的图如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使

得外加的1信号读入后不一定是1若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入由于在输入操作时还必

须附加一个准备动作所以这类I/O口被称为准双向口89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能

　　RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

　　ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

　　/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

　　/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

2．2发光二极管

发光二极管简称为LED。

由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。

磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。

当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。

常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。

LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。

发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。

在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。

这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。

当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

2.3石英晶振

石英晶振就是用石英材料做成的石英晶体谐振器,俗称晶振.起产生频率的作用,具有稳定,抗干扰性能良好的特点,广泛应用于各种电子产品中.

石英晶体，有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。

石英晶体本身并非振荡器，它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产生振荡。

SPXO主要是由品质因数（Q）很高的晶体谐振器（即晶体振子）与反馈式振荡电路组成的。

石英晶体振子是振荡器中的重要元件，晶体的频率（基频或n次谐波频率）及其温度特性在很大程度上取决于其切割取向。

石英晶体谐振器的基本结构、（金属壳）封装及其等效电路如图1所示。

　　只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。

当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。

　与金属板之间的静电电容；L、C为压电谐振的等效参量；R为振动磨擦损耗的等效电阻。

石英晶体谐振器存在一个串联谐振频率fos（1/2π），同时也存在一个并联谐振频率fop（1/2π）。

由于CoC，fop与fos之间之差值很小，并且RωOL，R1/ωOC，所以谐振电路的品质因数Q非常高（可达数百万），从而使石英晶体谐振器组成的振荡器频率稳定度十分高，可达10－12/日。

石英晶体振荡器的振荡频率既可近似工作于fos处，也可工作在fop附近，因此石英晶体振荡器可分串联型和并联型两种。

用石英晶体谐振器及其等效电路，取代LC振荡器中构成谐振回路的电感（L）和电容（C）元件，则很容易理解晶体振荡器的工作原理。

2.4蜂鸣器

（一）蜂鸣器的介绍

1．蜂鸣器的作用蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

2．蜂鸣器的分类蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

3．蜂鸣器的电路图形符号蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。

（二）蜂鸣器的结构原理

　　1．压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。

有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。

　　多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。

当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

　　压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。

在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

　　2．电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。

　　接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。

振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

有源蜂鸣器和无源蜂鸣器

第三章电路图.程序框图

电路图

程序框图

第四章 电路分析及原理

4.1电路分析

AT89S51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

每一根引脚都可以编程，比如用来控制电机、交通灯、霓虹灯等，开发产品时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要的功能：

PO口（Pin39～Pin32）：

8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7

P1口（Pin1～Pin8）：

8

位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7

P2口（Pin21～Pin28）：

8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7

P3口（Pin10～Pin17）：

8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7

P1口通常作为通用I/O口使用。

作为输出口时，由于电路内部已经带上拉电阻，因此无需外接上拉电阻；作为输入口时，也需先向锁存器写入“1”。

是一个标准的I/O口。

所以我就要P1口的p1.0—p1.3来控制四个字母的LED灯，p1.4控制蜂鸣器。

p2.0—p2.4接五个开关用来执行不同的程序

单片机复位电路要求有一个持续时间，加上电容可以利用其两端电压不能突变的特性，使复位电平维持一定时间，使单片机复位。

单片机复位电平在其手册里可以看到。

另外这个电容还可以去除一些杂波的干扰，防止单片机被错误复位

就常用的51，复位电平的要求如下：

当单片机的复位引脚出现2个机器