跑马灯课程设计说明书模板.docx

1、跑马灯课程设计说明书模板 机械课程设计 LED控制系统设计 学院（部）： 机械工程学院 专业班级： 机设*级*班 学生姓名： * 指导教师： * 2011年 01 月 04 日摘要 单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广，发展很快。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本实验是基于AT89C51单片机芯片作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制设计制作出一个 8只LED，每次点亮一只，先把左边的第一只点亮，2秒后点亮左数的第二只灯，第一只熄灭，再过2秒点亮左数的第三只灯，第二只熄灭，亮灯按此顺序由左向右移动。当亮灯移到右

2、侧后，开始与上述反方向移动，即灯亮由右向左移动的重复循环系统。本设计基于单片机技术原理。 程序设计和原理图构成了本次设计的重点，应此在设计前必须了解相关知识点和软件才能调试成功。 目 录 I 摘要一、绪言（一）设计要求二、系统设计（一）硬件电路设计（二）汇编语言程序设计 结束语参考文献 附录 绪 言单片机诞生于20世纪70年代，像美国F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中

3、断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。随后Intel公司推出了影响面更大、应用更广的MCS-48系列单片机。MCS-48系列单片机的推出标志着工业控制领域进入到了智能化嵌入式计算机系统的探索阶段。在对MCS-48探索成功的基础上，Intel公司很快推出了完善的典型MCS-51系列单片机。此系列单片机的推出，标志着单片机的发展进入了体系结构的完善阶段。此外，MCS-51系列单片机还在完善的结构总线和完善的指令系统这两方面确定了典型的通用总线型单片机的体系结构。从该阶段开始，许多电气厂商在MCS-51的内核和体系结构的基础上，逐渐开发出了各具特

4、色的单片机。 许多厂商在不断完善高档8位单片机、改进其结构的同时，也在着手开发16位及专用单片机。此阶段，MCS-51单片机在8位机中成为行业规范而被广泛使用；而与此同时Intel公司推出了16位MCS-96单片机，将一些用于测控系统的模/数转换器（ADC）、程序运行监视器（WDT）、脉宽调制器（PWM）和高速I/O口集成在片内，体现了单片机的微控制器特征。现阶段是单片机的百花齐放阶段，在工业控制领域中普遍采用单片机及技术进行智能化控制。此外，在现阶段为满足不同的应用要求，出现高速、大寻址范围、强运算能力和多机通信能力的8位、16位、32位通用型单片机，小型廉价、外围系统集成的专用型单片机以及

5、其他各具特色的现代单片机。可以说，单片机的发展为人类做出了不朽的贡献，为单片机开发者提供了广阔的选择空间。 单片机发展史1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一 。 1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器 ）其中4004（下图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3

6、mm4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。 1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。 1973年intel公司研制出8位的微处理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。 主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。 1

7、975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。 1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。 Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。 20世纪80年代初，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量，I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。单片机的特点和应用 1、单片机的特点 （

8、1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具

9、有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 （5）优异的性能价格比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。 2、单片机的应用领域 （1）单片机在智能仪器仪表中的应用 在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表

10、的硬件结构，提高其性能价格比。 （2）单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。 （3）单片机在日常生活及家用电器领域的应用 自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、空调器、电子玩具、 电饭煲、视听音响设备等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。 （4）在实时过程控制

11、中的应用 用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。 （5）办公自动化设备 现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。 （6）商业营销设备 在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。 （7）在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物

12、质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 （8）单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 （9）汽车电子产品 现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。 （10）航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域 单片机的应用更是不言而喻。 综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机

13、应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的

14、处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。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INTEL i960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

15、了数百倍。目前，高端的32位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1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。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配

16、有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 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。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和

17、硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！.它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 单片机芯片单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是

18、很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到

19、几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通

20、常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种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。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。单片机的硬件特性1、单片机集成度高。单片机包括CPU、4KB容量的ROM（8031 无）、128 B容量的RAM、 2个16位定时/计

21、数器、4个8位并行口、全双工串口行口。 2、系统结构简单，使用方便，实现模块化; 3、单片机可靠性高，可工作到106 107小时无故障; 4、处理功能强，速度快。单片机的开发过程：这里所说的开发过程并不是一般书中所说的从任务分析开始，我们假设已设计并制作好硬件，下面就是编写软件的工作。在编写软件之前，首先要确定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下来后，其控制字也就被确定了。然后用文本编辑器（如EDIT、CCED等）编写软件，编写好后，用编译器对源程序文件编译，查错，直到没有语法错误，除了极简

22、单的程序外，一般应用仿真机对软件进行调试，直到程序运行正确为止。运行正确后，就可以写片（将程序固化在EPROM中）。在源程序被编译后，生成了扩展名为HEX的目标文件，一般编程器能够识别这种格式的文件，只要将此文件调入即可写片。在此，为使大家对整个过程有个认识，举一例说明： 单片机试验板ORG 0000H LJMP START ORG 040H START： MOV SP，#5FH ;设堆栈 LOOP： NOP LJMP LOOP ；循环 END ；结束（一）设计要求亮灯循环左移功能说明：单片机AT89C52的P1端口接8只LED，每次点亮一只，先把左边的第一只点亮，2秒后点亮左数的第二只灯，第

23、一只熄灭，再过2秒点亮左数的第三只灯，第二只熄灭，亮灯按此顺序由左向右移动。当亮灯移到右侧后，开始与上述反方向移动，即灯亮由右向左移动，重复循环。1设计目的1）熟悉51系列单片机的使用 2）熟悉汇编语言编程 3）掌握单片机的内部功能模块的应用，如中断、片内外存储器、I/O口等。 4）掌握整个单片机系统设计流程中关键知识点和技能 5）掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现 2设计任务 1） 画出主程序框图。2） 写出程序设计，调试程序，并用软件进行仿真。3） 对主要元器件进行计算选择，列写元器件的规格及明细表。4） 设计总结及改进意见。二、系统设计（一）硬件电路设计1 系统板上硬件连线

24、把“单片机系统”区域中的P1.0P1.7用8芯排线连接到“八路发光二极管指示模块”区域中的L1L8端口上，要求：P1.0对应着L1，P1.1对应着L2，P1.7对应着L8。 2 程序设计内容 我们可以运用输出端口指令MOVP1，A或MOVP1，DATA，只要给累加器值或常数值，然后执行上述的指令，即可达到输出控制的动作。 每次送出的数据是不同，具体的数据如下表1所示 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 说明 L8 L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 1 1 1 1 1 1 1 0 L1亮 1 1 1 1 1 1 0 1 L2亮 1 1 1 1

25、1 0 1 1 L3亮 1 1 1 1 0 1 1 1 L4亮 1 1 1 0 1 1 1 1 L5亮 1 1 0 1 1 1 1 1 L6亮 1 0 1 1 1 1 1 1 L7亮 0 1 1 1 1 1 1 1 L8亮 八盏彩灯LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8，当K1按下时，单片机自动完成流水灯、鸳鸯灯、跑马灯；当K1未按下时进入手动模式，用K2、K3、K4控制四种状态。3. 电路原理图（二）汇编语言程序设计 ORG 0 START: MOV R2,#8 MOV A,#0FEH SETB C LOOP: MOV P1,A LCALL DELAY

26、 RLC A DJNZ R2,LOOP MOV R2,#8 LOOP1: MOV P1,A LCALL DELAY RRC A DJNZ R2,LOOP1 LJMP START DELAY: MOV R5,#60 ; D1: MOV R6,#60 D2: MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D2 DJNZ R5,D1 RET END 结 束 语 完成情况：经过三个星期的努力，完成了亮灯循环控制LED灯的设计，用MS89C51单片机实现LED灯控制方案。课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训

27、练和考察过程。随着科学技术的快速发展，单片机已经成为当今计算机应用中活跃的领域。这次单片机课程设计，我查阅了很多资料，并进行实验才写出实训报告，此次设计为毕业设计和以后从事电子电路的设计打下了基础并提高了我的实践动手能力。 所得收获：通过这次课程设计，我得到了一次用专业知识和专业技能去分析问题、解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及用汇编豫园设计程序的思路技巧等方面都能向前买了一大步，为日后成为合格的应用型人才打了良好的基础。致 谢感谢李静明老师亲切的关怀，感谢我的同学和朋友给我极大的鼓励和参谋，感谢我所参考的文献、著作的作者，给我学习的渠道。最后，感谢安徽理工大学，感谢机械工程学院，让我在这里走向了成熟。虽然觉得很累，但最终的成功让我觉得再苦再累也是值得的！付出总会有收获的，用辛勤的劳动得到的东西和知识的感觉就是不一样。再次，感谢为我们付出的老师们，你们辛苦了。参 考 文 献 单片机原理及应用 姜志海 电子工业出版社 电子技术基础试验 陈大钦 高等教育出版社电路基础 许熙文 高等教育出版社 51系列单片机高级实例开发指南 李军 北京航空航天大学出版社附录元件清单：AT89C51 1个LED彩灯 8只导线 若干