流水灯设计学位论文.docx

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流水灯设计学位论文

一丶课题背景1

1.单片机简介1

2.单片机的产生和发展1

3.单片机的主要特点2

4.单片机的应用2

二、设计3

1.要求3

2.系统基本方案选择和论证3

3.STC89C52RC介绍3

三、我负责的内容5

1.单片机最小系统5

2.电源供电模块的实现5

3.复位电路6

4.晶振电路7

5.单片机流水灯电路原理图及工作原理7

四、总结8

一丶课题背景

1.单片机简介

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。

概括的讲：

一块芯片就成了一台计算机。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。

各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。

2.单片机的产生和发展

单片机（Microcontrollers）诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。

其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。

基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。

随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。

90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。

随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。

而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。

高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。

当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。

而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

3.单片机的主要特点

1、较高的性能价格比。

目前国内市场上，一些单片机的芯片价格只有十几元人民币，加上少量的外围器件，就可以构成功能丰富的各种钾能仪器仪表及控制装置。

2、集成度高，体积小，可靠性好。

单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。

3、控制功能强。

单片机指令系统、硬件资源丰富，能充分满足工业控制的各种要求。

4、低电压，低功耗，便于生产便捷式产品。

5、开发周期短、易于产品化。

可根据需要构成各种规模的应用系统。

4.单片机的应用

单片机（Microcontrollers）作为计算机发展的一个重要分支领域，根据发展情况，从不同角度，单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。

通用型

这是按单片机（Microcontrollers）适用范围来区分的。

例如，80C51式通用型单片机，它不是为某种专门用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。

总线型

这是按单片机（Microcontrollers）适用范围来区分的。

例如，80C51式通用型单片机，它不是为某种专门用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。

单片机

这是按单片机（Microcontrollers）是否提供并行总线来区分的。

总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。

2、设计

1.要求

（1）采用单片机STC89C52RC做成最小系统来控制。

（2）利用最小系统做出跑马灯，其LED灯的闪烁间隔时间采用延时程序控制,每种模式可采用不同的延时，灵活多变。

2.系统基本方案选择和论证

单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。

对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:

单片机、晶振电路、复位电路、按键输入、显示输出等。

单片机接口电路主要用来连接计算机和其它外部设备。

各功能模块的选择及论证如下:

复位电路:

由电容和电阻构成,由电路图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。

本设计中R=10K,C=10uF。

晶振电路:

典型的晶振取11.0592MHz（因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合）同时也可取12MHz（产生精确的微秒级时歇,方便定时操作），因设计需要，本设计采用12M晶振。

单片机:

一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机，本设计采用STC89C52RC。

接口电路:

具有人机交互接口。

具有一定的可扩展性，单片机I/O口可方便地与其他电路板连接。

通过该最小系统，我们可以用keil软件进行编程从而实现对一些外设的控制！

比如一些简单的实验：

闪烁灯、跑马灯、数码管和蜂鸣器的展示等等！

3.STC89C52RC介绍

STC89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控

制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

主要管脚有：

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。

RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

三、我负责的项目

1.单片机最小系统

单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。

最小系统原理图如图所示。

原理图

2.电源供电模块的实现

对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。

51系列单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机，51系列单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。

此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给

3.复位电路

单片机的复位，是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。

单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。

当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。

复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。

具体数值可以由RC电路计算出时间常数。

复位电路有按键复位和上电复位两种。

（1）上电复位：

STC89C52RC系列单片机为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。

如图所示。

复位电路图

按键复位：

按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。

由于按键复位可控性稍强，比较适合样品制作或者实验室调试场合，本设计采用按键复位。

如图所示。

复位电路图

4.晶振电路

晶振电路图

5.单片机流水灯电路原理图及工作原理

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32个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由AT89C51单片机、电阻、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。

其具体的电路原理图组成如下所示：

单片机流水灯的电路原理图

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，其他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依次点亮、熄灭。

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，我们在控制二极管灯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。

四、总结

在本次设计的过程中，我们发现很多的问题，遇到了很多麻烦，有的问题其实很简单，主要是对知识的掌握程度不够，扩展知识欠缺，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，并且应该多读一些课外的文献，只靠书本上的知识远远不够。

更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，用实践巩固理论，用理论优化实践，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助。

在焊接过程中，我们意识到细心和严谨的精神是必不可少，在焊接电路和调试硬件中不自觉地得到了锻炼。

通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的能力。

经过这些天的设计制作，在老师的悉心指导和同学们的热情帮助下，我们终于完成了这次的设计，同时也增加了我们以后学习的信心和热情。

再次感谢在这次设计中帮助我们的指导老师和同学！