單片機課程設計-16個LED燈的多樣顯示控制器

1、信 息 工 程 學 院 課 程 設 計 報 告設計題目: 節(jié)日彩燈控制器設計 名 稱: 電子信息工程專業(yè)綜合課程設計（1）班 級: 姓 名: 學 號: 設計時間: 2016.06.22 指導教師: 評 語: 評閱成績: 評閱教師: 14目錄一、課程設計的性質(zhì)和目的1二、課程設計的要求12.1 設計題目12.2 設計要求1三、主要儀器設備及軟件1四、課題分析及設計24.1 設計任務24.2 設計方案24.3 系統(tǒng)硬件設計24.3.1 單片機最小系統(tǒng)34.3.2 控制電路介紹64.3.3 Proteus電路仿真圖74.4 軟件設計74.4.1 程序流程圖74.4.2 軟件程序及分析8五、組裝調(diào)試1

2、25.1 硬件12六、總結13一、課程設計的性質(zhì)和目的學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握電路設計的基本方法、設計步驟，培養(yǎng)綜合設計與調(diào)試能力；掌握匯編語言程序設計方法；培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。二、課程設計的要求2.1 設計題目節(jié)日彩燈控制器設計。2.2 設計要求設計一個16個LED燈的多樣顯示控制器。1.選擇兩個I/O端口控制16個LED流水燈。2.設置四個按鍵K1K4，按下K1跑馬燈，K2鴛鴦戲水，K3雙流水燈，K4則循環(huán)三種控制方式。3.跑馬燈：共16個LED逐次點亮，每隔100ms點亮一個LED，點亮100ms后關閉，然后繼續(xù)上次操作。4.鴛鴦戲水燈：第一次

3、單數(shù)燈點亮，延時100ms，關閉，然后雙數(shù)燈點亮，延時100ms，關閉，然后繼續(xù)上次操作。5.雙流水燈：16個LED依次向中間點亮，間隔100ms，再依次向兩邊擴散點亮，間隔100ms，然后繼續(xù)上次操作。三、主要儀器設備及軟件計算機、KeilC51軟件、Proteus軟件、單片機AT89C51、LED燈、電阻、撥碼開關、晶振。四、課題分析及設計4.1 設計任務彩燈用16個發(fā)光二極管代替；電路具有控制16個LED燈逐個點亮、單數(shù)點亮、雙數(shù)點亮、擴散點亮等功能（用4個按鍵切換LED顯示狀態(tài)）；彩燈兩燈移動時間間隔為100ms。4.2 設計方案本課題使用AT89C51單片機時無須外擴存儲器。因此，本

4、流水燈實際上就是一個帶有16個發(fā)光二極管的單片機最小應用系統(tǒng)，即為由發(fā)光二極管、晶振、復位、電源等電路和必要的軟件組成的單個單片機。如果要讓接在P0.0口和P2.0口的16個LED亮起來，那么只要把P0.0口和P2.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤耍幌喾?，如果要接在P0.0口的LED熄滅，就要把P0.0口的電平變?yōu)楦唠娖?；同理，接在P0.1P0.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同以上LED。因此，要實現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1LED16依次點亮、熄滅，16只LED燈便會一亮一暗的做流水燈或跑馬燈了。同樣的道理，可以讓16個燈上移或下移點亮，全亮、全滅。 在此我們還應

5、注意一點，由于人眼的視覺暫留效應以及單片機執(zhí)行每條指令的時間很短，我們在控制二極管亮滅的時候應該延時一段時間，否則我們就看不到“流水”效果了。4.3 系統(tǒng)硬件設計AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

6、由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖4.1所示。圖4.1 AT89C51單片機芯片引腳4.3.1 單片機最小系統(tǒng)（1）P0口介紹P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義4為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部

7、必須接上拉電阻（2）P1口介紹P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。（3）P2口介紹P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的

8、高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。（4）P3口介紹P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。復位系統(tǒng)（5）上電復位電路AT89C51的上電復位電路如圖4.2所示，只要在RST復位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個電阻到地即可。對于CMO

9、S型單片機，由于在RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1µF。上電復位的工作過程是在加電時，復位電路通過電  容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，Vcc的上升時間約為10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時間則為10ms。在如圖的復位電路中，當Vcc掉電時，必然會使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，

10、由于內(nèi)部電路的限制作用，這個負電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位，則程序計數(shù)器PC將得不到一個合適的初值，因此，CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。圖4.2 上電復位電路（6）手動復位電路手動按鈕復位需要人為在復位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。如圖4-3所示，當人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。圖4.3 手動

11、復位電路（7）晶振系統(tǒng)晶振是給單片機提供工作信號脈沖的.這個脈沖就是單片機的工作速度.比如12M晶振.單片機工作速度就是每秒12M.單片機內(nèi)部也有晶振，接外部晶振可以或得更穩(wěn)定的頻率。因為晶振與單片機的腳XTAL0和腳XTAL1構成的振蕩電路中會產(chǎn)生偕波(也就是不希望存在的其他頻率的波),這個波電路的影響不大,但會降低電路的時鐘振蕩器的穩(wěn)定性，如圖4.4所示。80C51型單片機內(nèi)有一高增益反相放大器，按如圖連接可構成自激振蕩電路，振蕩頻率取決于石英晶體的振蕩頻率，范圍可取1.212MHz，C01.C02主要起頻率微調(diào)和穩(wěn)定作用，電容值可取530Pf。圖4.4 晶振電路4.3.2 控制電路介紹（

12、1）按鍵機械式按鍵再按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點機械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。抖動時間的長短與開關的機械特性有關，一般為510 ms，如圖4.5所示。圖4.5 按鍵控制電路（2）LED電路LED 顯示器具有功耗低，接口控制方便等優(yōu)點，能直接與單片機接口，可方便地實現(xiàn)各種不同的操作。16個發(fā)光二極管L1-L16分別接在單片機P0.0-P0.7，P2.0-P2.7。輸出“0”，發(fā)光二極管亮。圖4.6 LED顯示電路4.3.3 Proteus電路仿真圖圖4.7 電路原理圖4.4 軟件設計4.4.1 程序流程圖開始讀入四個開關狀態(tài)判斷開關狀態(tài)燈依次向下移動、單、雙數(shù)

13、燈亮向中間亮循環(huán)前面三種無輸入圖4.9 主程序流程圖在主程序中，應該盡量的使得任務簡化，不要讓中斷服務程序作過多復雜的任務，而要盡量把這些復雜的任務放到主程序中間去完成。中斷流程如圖所示。去抖功能：讀入鍵值，存入地址，然后延遲10ms后，也就是一個很短的時間之后，再次讀入一個鍵值，兩次鍵值相比較，如果一樣則不是因為外部原因抖動產(chǎn)生按鍵，如果不一樣則說明是別的原因產(chǎn)生的按鍵抖動。這樣的一個程序就可以去除因為抖動產(chǎn)生的錯誤輸入信號。4.4.2 軟件程序及分析（1）主要程序分析：#include <reg51.h> /定義8051寄存器的頭文件#include <intrins.h

14、> /定義intrins.h函數(shù)#include <math.h> /定義數(shù)學函數(shù)#include <stdio.h>#define u8 unsigned char /定義無符號字符#define s8 signed char#define u16 unsigned short /定義無符號整型#define s16 signed short #define u32 unsigned int /定于無符號整型#define s32 signed int #define fp32 float /定義浮點數(shù)#define fp64 double /雙倍精度浮點數(shù)#d

15、efine INT8U unsigned char#define INT16U unsigned intsbit K1 = P10;/按鍵1sbit K2 = P11;/按鍵2sbit K3 = P12;/按鍵3sbit K4 = P13;/按鍵4#define KEY_CHK_TIM 10 /按鍵檢測時間 u8 _g_key_value; /獲取到按鍵的值跑馬燈數(shù)組：code u16 dispcode16= 0xfeff,0xfdff,0xfbff,0xf7ff,0xefff,0xdfff,0xbfff,0x7fff,0xfffe,0xfffd,0xfffb,0xfff7,0xffef,0x

16、ffdf,0xffbf,0xff7f;雙流水燈數(shù)組：code u16 dispcode116=0xfe7f,0xfc3f,0xf81f,0xf00f,0xe007,0xc003,0x8001,0x0000,0x7ffe,0x3ffc,0x1ff8,0x0ff0,0x07e0,0x03c0,0x0180,0x0000;定時器初始化函數(shù)：void time_init(void) TMOD |= 0x01; TH0 = 0xf8; TL0 = 0x2f; /設定定時器初值(65535-63535)大約60ms TR0 = 1; /打開定時器 ET0 = 1; /開中斷 EA = 1; ES = 1;

17、 （2）跑馬燈運行方式：void disp0(void) /調(diào)用前面的跑馬燈數(shù)組u8 i; /定義ifor(i = 0 ;i<16;i+) P0 = dispcodei>>8; / P0口運行第二行數(shù)組P2 = dispcodei; /P1口運行第一行數(shù)組delay_ms(100); /延時100ms（3）鴛鴦燈運行方式：void disp1(void) delay_ms(100); /延時100ms P0 = 0xaa; /P0口8個LED單數(shù)亮 P2 = 0xaa; /P0口8個LED燈亮 delay_ms(100); P0 = 0x55; /雙數(shù)燈亮 P2 = 0x55

18、; /雙數(shù)燈亮 delay_ms(100); /延時100ms（4）雙流水燈運行方式：void disp2(void)u8 i;for(i = 0 ;i<8;i+)P0 = dispcode1i>>8; /P0口運行第二行數(shù)組，逐個點亮，向中間P2 = dispcode1i; /P2口運行第一行數(shù)組，逐個點亮，向中間delay_ms(100);for(i = 8 ;i<16;i+)P0 = dispcode1i>>8; /向兩邊亮P2 = dispcode1i; /向兩邊亮delay_ms(100); /延時100ms （5）按鍵掃描函數(shù)：void key_

19、scan(void)staticu16 k1_pre_kep_tim = 0; /k1按鍵按下保持時間staticu8k1_press_flag = 0; /k1按鍵按下標志staticu8k1_short_press_flag=0; /k1短按觸發(fā)標志staticu16 k2_pre_kep_tim = 0; /k2按鍵按下保持時間staticu8k2_press_flag = 0; /k2按鍵按下標志staticu8k2_pre_ctn_tim=0; /按鍵連續(xù)觸發(fā)的間隔延時計數(shù)staticu16 k3_pre_kep_tim = 0; /k3按鍵按下保持時間staticu8k3_pres

20、s_flag = 0; /k3按鍵按下標志staticu8k3_pre_ctn_tim=0; /k1短按觸發(fā)標志staticu16 k4_pre_kep_tim = 0; /k4按鍵按下保持時間staticu8k4_press_flag = 0; /k4按鍵按下標志if (K1 = 1) /當按鍵松開為真k1_pre_kep_tim = 0; /k1按鍵按下保持時間清零k1_press_flag = 0; /k1按鍵按下標志清零if (k1_short_press_flag =1 ) /短按標志為1k1_short_press_flag = 0; /短按標志清零_g_key_value = 1

21、; /觸發(fā)1號短按鍵else if (k1_press_flag = 0)k1_pre_kep_tim+; /累加定時中斷次數(shù)if (k1_pre_kep_tim > KEY_CHK_TIM)k1_short_press_flag = 1; /短按標志置1if (k1_pre_kep_tim > 300)k1_pre_kep_tim = 0; /中斷計數(shù)清零k1_short_press_flag = 0;/清除按鍵短按的有效標志k1_press_flag = 1;/自鎖按鍵置位,避免一直觸發(fā)_g_key_value = 11;/觸發(fā)長按（6）主程序：if (con_f = 1)di

22、sp0(); /只運行跑馬燈if (con_f = 2)disp1(); /只運行鴛鴦燈if (con_f = 3)disp2(); /只運行雙流水if (con_f = 4)disp0(); /循環(huán)以上三種disp1();disp2(); 五、組裝調(diào)試5.1 硬件硬件包括MCS-51單片機，LED發(fā)光二極管，晶振，電容，開關，電源，電阻及導線。將所有硬件配齊，按電路原理圖組裝好電路，在電路板上一一對應，所有硬件準備就緒后，接通電源，軟硬結合。首先用燒錄軟件給單片機芯片加載*.hex文件，等待加載完畢，運行電路。當按下K1時，跑馬燈開始，16個LED燈從上到下逐個點亮，第一個燈亮，然后滅，然后每個間隔時間為100ms；當按下K2時，鴛鴦燈