基于单片机的跑马灯系统的设计与实现Word文档格式.doc

1、目 录1设计题目及要求1 1.1设计题目1 1.2设计目的1 1.3控制要求12硬件设计2 2.1单片机简介2 2.1.1 单片机的引脚2 2.1.2单片机的内部结构3 2.2电源电路4 2.3时钟电路4 2.4复位电路5 2.5 EA/VPP（31脚）的功能和接法6 2.6 P0 口外接上拉电阻6 2.7 发光二级管7 2.8 显示电路部分8 2.9 AT89C51单片机最小系统93 软件设计10 3.1源程序与注释10 3.2软件编译、调试与烧入11总结16附录 实物图17参考文献181. 设计题目及要求 1.1设计题目 单片机小系统版控制LED灯 1.2设计目的1.单片机最小应用系统的硬

2、件设计技能训练；2.ASM语言或C51语言软件编程与调试技能训练；3.“下载及烧录（固化）程序”开发技能训练；4.Protell软件应用技能训练； 1.3控制要求 按键及外部中断控制二级管灯（自右向左） 1.按键控制8个LED灯循环自右向左依次点亮 2.间隔时间可以自行设计 3.单号灯亮双号灯灭 7 5 3 1 7 5 3 1 1.外部中断控制8个LED灯循环自右向左依次点亮 3.双号灯亮单号灯灭 8 6 4 2 8 6 4 2 2.硬件设计 2.1单片机简介 2.1.1单片机的引脚（1）电源：40号引脚VCC是芯片电源，接+5V。20号引脚VSS为电源接地端。（2）时钟引脚：XTAL2（18

3、号脚）采用内部时钟电路时，外接晶体振荡器；采用外部时钟电路时，此引脚接地。XTAL1（19号脚）采用内部时钟电路时，外接晶体振荡器；采用外部时钟电路时，此引脚接外部时钟源。（3）控制引脚：ALE/为地址锁存允许信号，用来把低8位地址锁存到外部地址锁存器。ALE引脚以不变的1/6振荡频率周期性地发出正脉冲信号，可用做对外输出的时钟信号。（4）I/O口线：P0口（3239号脚）为双向输入/输出端口。 P1口（18号脚）为准双向输入/输出端口。 P2口（2128号脚）为准双向输入/输出端口。 P3口（1017号脚）为准双向输入/输出端口。 2.1.2单片机的内部结构 51系列单片机主要包括CPU、程

4、序存储器、数据存储器以及接口电路等各组成部分。 单片机内部结构框图单片机的内部结构: 1个8位的CPU。 时钟电路。 程序存储器。 数据存储器。 定时器/计数器。 4个并行口。 1个全双工串行口。 5个中断源。2.2电源电路 电源模块通过7805稳压之后稳定的输出5v电压，以供整个系统工作。 7805 系列为三端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。主要特点： 输出电流可达 1A，输出电压有：5V，过热保护，短路保护，输出晶体管 SOA 保护

5、。2.3时钟电路 在设计时钟电路之前，让我们先了解下51 单片机上的时钟管脚：XTAL1（19 脚） ：芯片内部振荡电路输入端。XTAL2（18 脚） ：芯片内部振荡电路输出端。XTAL1 和XTAL2 是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。图中采用的是内时钟模式，即采用利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2 的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容），内部振荡器便能产生自激振荡。一般来说晶振可以在1.2 12MHz 之间任选，甚至可以达到24MHz 或者更高，但是频率越高功耗也就越大。在本实验套件中采用的11.05

6、92M 的石英晶振。和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。当采用石英晶振时，电容可以在20 40pF 之间选择（本实验套件使用30pF）；当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在30 50pF 之间。通常选取33pF 的陶瓷电容就可以了。2.4复位电路 在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。MCS-5l 系列单片机的复位引脚RST（ 第9 管脚） 出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST 持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位操作通常有两种基本形式：上电自动复位和开

7、关复位。图中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和RESET 相连，电压全部加在了电阻上，RESET 的输入为高，芯片被复位。随之+5V电源给电容充电，电阻上的电压逐渐减小，最后约等于0，芯片正常工作。并联在电容的两端为复位按键，当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位，在芯片正常工作后，通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。一般来说，只要RST 管脚上保持10ms 以上的高电平，就能使单片机有效的复位。图中所示的复位电阻和电容为经典值，实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替，也可自行计算RC 充电时间或在工作环境实际测量，

8、以确保单片机的复位电路可靠。2.5 EA/VPP（31脚）的功能和接法51 单片机的EA/VPP（31 脚） 是内部和外部程序存储器的选择管脚。当EA 保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA 保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。对于现今的绝大部分单片机来说，其内部的程序存储器（一般为flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存储器，而是直接使用内部的存储器。在本实验套件中，EA 管脚接到了VCC 上，只使用内部的程序存储器。2.6 P0 口外接上拉电阻51 单片机的P0 端口为开漏输出，内部无上拉电阻。所以在当做普通I/O 输出数据时，由于V2 截止，输出

9、级是漏极开路电路，要使“1”信号（即高电平）正常输出，必须外接上拉电阻。 P0端口的1位结构另外，避免输入时读取数据出错，也需外接上拉电阻。在这里简要的说下其原因：在输入状态下，从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的，但也有例外。例如，当从内部总线输出低电平后，锁存器Q 0， Q 1，场效应管V1 开通，端口线呈低电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电平还是高电平，从引脚读入单片机的信号都是低电平，因而不能正确地读入端口引脚上的信号。又如，当从内部总线输出高电平后，锁存器Q 1, Q 0,场效应管V1 截止。如外接引脚信号为低电平， 从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。所以当P

10、0 口作为通用I/O 接口输入使用时，在输入数据前，应先向P0 口写“1”，此时锁存器的Q 端为“0”，使输出级的两个场效应管V1、V2 均截止，引脚处于悬浮状态，才可作高阻输入。总结来说：为了能使P0 口在输出时能驱动NMOS 电路和避免输入时读取数据出错，需外接上拉电阻。在本实验套件中采用的是外加一个10K 排阻。此外，51 单片机在对端口P0P3 的输入操作上，为避免读错，应先向电路中的锁存器写入“1”，使场效应管截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。 2.7发光二极管 发光二级管是由III-IV族化合物半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向

11、导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。如图所示： 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，在与空穴复合发光。除了这种复合发光外，还有些电子被非发光中心捕获，而后在与空穴复合。每次释放的能量不大，不可能形成可见光。发光的复合量相对于非发光的复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散去内发光的，所以光线仅在靠近PN结面数um以内产生。发光二极管的特性有极限参数的意义、电参数的意义。极限参数的意义有允许功耗

12、、最大正向直流电流、最大反向电压和工作环境。电参数的意义有光谱分布和峰值波长、发光强度、光谱半宽度、半直角和视角、正向工作电流、正向工作电压和V-I特性。 发光二极管的应用：由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。由于发光二极管具有最大正向电流、最大反向电压的限制，使用时，应保证不超过此值。发光二极管被广泛应用于各种电子仪器和电子设备中，可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光二极管被常用于电视机、录象机等的遥控中。2.8 显示电路部分 显示部分主要是由八个LED和两个七段数码管组成，八个LED由限流电阻限流后接入p1口，p0