基于單片機的LED流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計(共24頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 單片機應(yīng)用技術(shù) 課 程 設(shè) 計 報 告 2015 2016 學(xué)年 第 2 學(xué)期題 目：基于單片機的LED流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 13電氣（2）班 姓 名： 楊光 單亞 指導(dǎo)教師： 陸媛 宋洪儒 成 績： 電氣工程學(xué)院2016年 6月9 日任 務(wù) 書課題名稱 基于單片機的LED流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師（職稱）陸媛 宋鴻儒 執(zhí)行時間2015 2016 學(xué)年第2學(xué)期 第 15周學(xué)生姓名學(xué)號承擔(dān)任務(wù)楊光電路板焊制和實驗報告的編寫單亞電路板焊制和實驗報告的編寫 設(shè)計目的1、進一步熟悉和掌握單片機的結(jié)構(gòu)及工作原理。2、掌握單片機的接口技術(shù)及

2、相關(guān)外圍芯片的外特性，控制方法。3、通過課程設(shè)計，掌握以單片機核心的電路設(shè)計的基本方法和技術(shù)，了解有關(guān)電路參數(shù)的計算方法。4、通過程序設(shè)計和仿真，逐步掌握模塊化程序設(shè)計方法和Proteus仿真軟件和Keil c51編程軟件的使用。5、通過完成一個包括電路設(shè)計和程序開發(fā)的電路板完整的制作過程，使學(xué)生了解開發(fā)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的全過程，為今后從事相應(yīng)工作打下基礎(chǔ)。 設(shè)計要求要實現(xiàn)流水燈功能，將發(fā)光二極管LED0LED7依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的做流水燈專心-專注-專業(yè)目 錄摘 要單片機（Microcontrollers）誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SC

3、M單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。學(xué)習(xí)單片機就免不了要編寫程序，目前使用較為廣泛的是C語言。C語言是一門通用計算機編程語言，應(yīng)用廣泛。C語言的設(shè)計目標(biāo)是提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、產(chǎn)生

4、少量的機器碼以及不需要任何運行環(huán)境支持便能運行的編程語言。盡管C語言提供了許多低級處理的功能，但仍然保持著良好跨平臺的特性，以一個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格寫出的C語言程序可在許多電腦平臺上進行編譯，甚至包含一些嵌入式處理器（單片機或稱MCU）以及超級電腦等作業(yè)平臺。目前使用較多的單片機芯片為AT89S51.AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80S51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位

5、中央處理器和ISP Flash存儲單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：單片機 C語言 AT89S51第一章 AT89S51單片機硬件介紹單片機應(yīng)用的特點是編寫程序來控制硬件，所以，首先熟知并掌握AT89S51單片機片內(nèi)硬件的基本結(jié)構(gòu)和特點。1.1 AT89S51單片機硬件組成AT89S51單片機的片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，它把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本外圍部件都集成在一個集成芯片上。AT89S51具有如下外圍部件：圖1-1 AT89S51單片機片內(nèi)結(jié)構(gòu)1、4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器；2、128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；3

6、、32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口；4、2個中斷優(yōu)先級、2層中斷嵌套中斷；5、5個中斷源；6、2個16位可編程定時器/計數(shù)器；7、2個全雙工串行通信口；8、看門狗（WDT）電路；9、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；10、與MCS-51兼容；11、全靜態(tài)工作：0Hz33MHz；12、三級程序存儲器保密鎖定；13、可編程串行通道；14、低功耗的閑置和掉電模式。1.2 AT89S51管腳說明AT89S51單片機多采用40只引腳的塑料雙列直插封裝方式，如圖1-2所示。40只引腳按功能可以分為如下3類：（1） 電源及時鐘引腳：、XTAL1、XTAL2；（2） 控制引腳：、/、/、（3） I/O口引腳:P0、P

7、1、P2、P3圖1-2 AT89S51雙列直插封裝方式的引腳1.2.1 電源及時鐘引腳VCC（40引腳）：電源電壓輸入端GND（20引腳）：電源地XTAL1（19引腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2（18引腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。1.2.2控制引腳/(30引腳)：地址鎖存允許/編程脈沖信號端。當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器

8、時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。：外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/：外部程序存儲器訪問允許。當(dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編

9、程電源（VPP）。RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。1.2.3并行I/O口引腳P0口：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(dāng)P1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(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：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

10、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。P2口：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(dāng)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(dāng)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口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)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。P3口：P3口管腳是8個

11、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(dāng)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口除了作為普通I/O口，還有第二功能：引腳第二功能說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)輸入口P3.1TXD串行數(shù)據(jù)輸出口P3.2外部中斷0輸入P3.3外部中斷1輸入P3.4T0T0定時器的外部計數(shù)輸入P3.5T1T1定時器的外部計數(shù)輸入P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通輸出P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通輸出P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。

12、讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。AT89S51的P0、P1、P2、P3口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口。除了P1口外P0、P2、P3口都還有其他的功能。第二章 硬件電路設(shè)計基于單片機的LED流水燈控制系統(tǒng)硬件包含時鐘電路、復(fù)位電路和LED燈顯示電路。故本章主要就介紹這幾種電路。2.1 時鐘電路設(shè)計AT89S51單片機各外圍部件的運行都以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，有條不紊、一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有

13、兩種方式，一種是內(nèi)部時種方式，另一種是外部時鐘方式。本課設(shè)我選擇內(nèi)部時鐘方式，所以下面內(nèi)容是關(guān)于內(nèi)部時鐘電路的。AT89S51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，它的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，圖2-1所示為AT89S51單片機內(nèi)部時鐘方式的電路。電路中的電容和的典型值通常選擇為30pF,晶體振動頻率通常選擇6MHz、12MHz（可得到準(zhǔn)確的定時）或11.0592MHz(可得到準(zhǔn)確的串行通信波特率)的石英晶體。本實驗采用12MHz的石英晶體。圖2-1 AT89S51內(nèi)部時鐘方式的電路2.2復(fù)

14、位電路設(shè)計AT89S51單片機的復(fù)位是由外部電路實現(xiàn)的。AT89S51典型的復(fù)位電路如圖2-2所示。上電時的自動復(fù)位是通過（+5V)電源給電容C充電加給RST引腳一個短暫的高電平信號，此信號隨著對電容C的充電過程而逐漸回落，即RST引腳上高電平持續(xù)時間取決于電容C充電時間。因此為保證系統(tǒng)能可靠的復(fù)位，RST引腳上的高電平必須大于復(fù)位所要求的的高電平的時間。除了上電復(fù)位外，有時候還需要人工按鍵復(fù)位。按鍵復(fù)位時通過RST端經(jīng)兩個電阻對電源接通分壓產(chǎn)生高電平來實現(xiàn)。圖2-2 復(fù)位電路2.3 LED燈顯示電路由AT89S51單片機硬件組成（第一章）可知，AT89S51共有4個I/O口，其四個I/O口都

15、可以作為通信端口，但P0口沒有上拉電阻，做輸出時需要上拉電阻，而P1、P2、P3不需要上拉電阻。在做實物時由老師給的器材可知，沒有上拉電阻，所以不能選P0口，可以選其他三個I/O口。另外，8個LED燈有共陰和共陽兩種連接方式，共陽極就是將陽極連接在一起，公共陽極接到+5V上；共陰極就是將共陰極接在一起，通常此共陰極都是接地。綜合考慮，我選擇的是P2口LED燈共陰連接，其顯示電路如圖2-3所示。圖2-3 LED燈顯示電路2.4 LED流水燈總硬件圖綜上分析，可以得到LED流水燈總硬件圖如圖2-4所示。圖2-4LED流水燈總硬件圖第3章 軟件設(shè)計3.1軟件設(shè)計流程圖 LED流水燈顯示程序包含延時程

16、序、主程序兩部分，故在編寫程序時可以分別編寫，然后放在一起。其軟件設(shè)計流程圖如圖3-1所示。延時程序主程序LED流水燈控制總程序圖3-1 軟件設(shè)計流程圖3.2 延時程序void delay (unsigned int i) unsigned char t;while (i-) for(t=0;t<120;t+) ; 3.3 主程序void main () P2=0xff;While(1) P2=0x01;Delay(500)P2=_crol_(p2,1); 3.4LED流水燈總程序 #include <reg51.h> #include< intrins.h>vo

17、id delay (unsigned int i) unsigned char t;while (i-) for(t=0;t<120;t+) ; void main () P2=0xff;While(1) P2=0x01;Delay(500) P2=_crol_(p2,1); 第4章 Proteus虛擬設(shè)計與仿真新建設(shè)計文件4.1 Proteus虛擬設(shè)計與仿真流程Proteus電路 設(shè)計選取元器件源程序設(shè)計 放置元器件、電源和地生成目標(biāo)代碼文件電路連線加載目標(biāo)代碼、設(shè)置時鐘頻率元器件屬性設(shè)置電氣檢測Proteus仿真 圖4-1 Proteus虛擬設(shè)計與仿真流程4.2 Proteus IS

18、IS下電路設(shè)計首先在Proteus ISIS環(huán)境下完成LED流水燈電路原理圖的設(shè)計，包括選擇各種元器件、外圍接口芯片等，電路連接以及電氣檢測等。LED流水燈電路原理圖如圖4-2所示。圖4-2 LED流水燈電路原理圖4.3源程序設(shè)計與生成目標(biāo)代碼文件在Keil Vision2 平臺上進行源程序的輸入、編譯與調(diào)試，并生成目標(biāo)代碼文件（*.hex文件）。4.3.1 源程序輸入編寫一個新的應(yīng)用程序前，首先要創(chuàng)建工程。Keil Vision2把用戶的每一個應(yīng)用程序都當(dāng)做一個工程，用工程管理的方法把一個程序中所需要用到的、互相關(guān)聯(lián)的程序鏈接在同一個工程中。因此，在使用Keil Vision2對程序進行編輯

19、、調(diào)試與編譯之前，需要首先創(chuàng)建一個新的工程。其步驟大致如下：1） 創(chuàng)建一個工程 打開軟件Keil Vision2，單擊菜單欄中的【project】,再點擊下拉菜單選項“New Project.”,在彈出的Create New Project 窗口輸入文件名“LED流水燈.UV2”，單擊保存即可。如圖4-3所示。圖4-3 Create New Project 窗口2） 器件選擇 單擊保存后，在彈出的Select Device for Target窗口中，選擇“Atmel”目錄下的“AT89C51”,點擊“確定”后，在彈出的對話框中選擇“否”就行了。如圖4-4所示。圖4-4 Select Devi

20、ce for Target 窗口3） 添加用戶源程序文件 單擊菜單欄中【File】“New”選項，在彈出的對話框中輸入自己的程序。如圖4-5所示。圖4-5 建立新文件4） 保存文件 單擊菜單欄中【File】“Save”選項,保存文件。在彈出的窗口文件名欄輸入“LED流水燈.C”。如圖4-6所示。圖4-6 Save As 對話框4.3.2源程序編譯與調(diào)試單擊快捷按鈕中的，對當(dāng)前文件進行編譯，在輸出窗口會提示信息，如圖4-7所示。從輸出窗口中的提示信息可以看到，程序中有一個警告不要緊，可以不修改。圖4-7 文件編譯信息程序編譯沒有錯誤后，就可以進行調(diào)試與仿真。在主菜單面點擊【Debug】菜單中“S

21、tart/Stop Debug Session”選項，進入程序調(diào)試狀態(tài)，如圖4-8所示。圖4-8 程序調(diào)試界面4.4 Proteus ISIS與Keil Vision2 聯(lián)調(diào)電路繪制完成后，把Keil Vision2 下生成的.hex文件加載到電路圖中的單片機內(nèi)就可以仿真了。其結(jié)果如圖4-9所示。圖4-9 聯(lián)調(diào)結(jié)果圖第5章 電路板制作5.1元器件清單根據(jù)硬件電路原理圖分析可知，該電路板制作需要LED燈、電阻、電容和AT89S51單片機等元器件。其詳細(xì)元器件清單如表5-1所示。表5-1 元器件清單發(fā)光管LED燈（綠）8AT89S511電容30PF2電解電容10UF1晶振12MHZ1電阻10K1電

22、阻1K1按鈕1IC插座DIP401電木萬能板1開關(guān)1USB轉(zhuǎn)串口、下載線1錫條、導(dǎo)線15.2 元器件布局根據(jù)LED流水燈硬件原理圖將元器件在電木萬能板合理布局，使電路板看起來既美觀，又方便各個元器件之間連線，這樣可以節(jié)約用線。其布局圖如圖5-1所示。圖5-1 元器件布局圖5.3 元器件焊接在元器件布好局后就可以焊接。在焊接的過程中，要十分小心，一方面防止被燙傷，另一方面防止將相鄰額錫點焊接在一起，造成短路，電路板焊接不成功。在焊接時可以邊焊邊連接線路，也可以全焊好后再連接線路。我在焊接時選擇得后者，這樣方便快捷。焊接完成如圖5-2所示。圖5-2 焊接完成圖5.4電路板驗收電路板焊接完成后，自己

23、對照著LED流水燈硬件電路原理圖檢查一遍，看看實物電路中元器件之間連線是否有錯，確定無誤后，就可以找老師下載程序到單片機里，通電看看實驗結(jié)果是否符合實驗要求。符合，你這次電路板焊接就結(jié)束了；不符合，要重新回去檢查，找出電路板焊接不正確的地方進行修改。當(dāng)時我們組找老師驗收時一次就成功了，沒有錯誤，是班里第一組找老師驗收成功的，感到非常開心！總 結(jié)時光飛逝，一轉(zhuǎn)眼，一個學(xué)期又進尾聲了，本學(xué)期的單片機綜合課程設(shè)計也在一周內(nèi)完成了。 俗話說“好的開始是成功的一半”。說起課程設(shè)計，我認(rèn)為最重要的就是做好設(shè)計的預(yù)習(xí)，認(rèn)真的研究老師給的題目，選一個自己有興趣的題目。其次，老師對實驗的講解要一絲不茍的去聽去想

24、，因為只有都明白了，做起設(shè)計就會事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計，到頭來一點收獲也沒有。最后，要重視程序的模塊化，修改的方便，也要注重程序的調(diào)試，掌握其方法。 雖然這次的課程設(shè)計算起來在實驗室的時間只有三天，不過因為我們都有自己的實驗板，所以在宿舍里做實驗的時間一定不止三天。 硬件的設(shè)計跟焊接都要我們自己動手去焊，軟件的編程也要我們不斷的調(diào)試，最終一個能完成課程設(shè)計的勞動成果出來了，很高興它能按著設(shè)計的思想與要求運動起來。當(dāng)然，這其中也有很多問題，第一、不夠細(xì)心比如由于粗心大意焊錯了線，由于對課本理論的不熟悉導(dǎo)致編程出現(xiàn)錯誤。第二，是在學(xué)習(xí)態(tài)度上，這次課設(shè)是對我的學(xué)習(xí)態(tài)度的一

25、次檢驗。對于這次單片機綜合課程實習(xí)，我的第一大心得體會就是作為一名工程技術(shù)人員，要求具備的首要素質(zhì)絕對應(yīng)該是嚴(yán)謹(jǐn)。我們這次實習(xí)所遇到的多半問題多數(shù)都是由于我們不夠嚴(yán)謹(jǐn)。第三，在做人上，我認(rèn)識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強，有足夠的毅力與決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。 在這次難得的課程設(shè)計過程中我鍛煉了自己的思考能力和動手能力。通過題目選擇和設(shè)計電路的過程中，加強了我思考問題的完整性和實際生活聯(lián)系的可行性。在方案設(shè)計選擇和芯片的選擇上，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用單片機的能力，對單片機的各個管腳的功能也有了進一步的認(rèn)識。還鍛煉我們個人的查閱技術(shù)資料的能力，動手能力，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。并且我們熟練掌握了有關(guān)器件的性能及測試方法。 再次感謝老師的輔導(dǎo)以及同學(xué)的幫助，是他們讓我有了一個更好的認(rèn)識，無論是學(xué)習(xí)還是生活，生活是實在的，要踏實走路。課程設(shè)計時間雖然很短，但我學(xué)習(xí)了很多的東西，使我眼界打開，感受頗深。 參考文獻1 肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.8 2 何立民. 單片機高級教程第1版北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001 3 趙曉安. MCS-51單片機原理及應(yīng)用. 天津：天津大學(xué)出版社，2001.3