倒數(shù)計(jì)數(shù)器課程設(shè)計(jì)

1、湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用報(bào)告題目：花樣流水燈控制器學(xué)生姓名：李陽(yáng)所在學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：電科1401學(xué)生學(xué)號(hào)：144290109指導(dǎo)教師：黃科2016 年06月20日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書報(bào)告題目花樣流水燈控制器完成時(shí)間2016.06.20學(xué)生姓名李陽(yáng)專業(yè)班級(jí)電科1401指導(dǎo)教師黃科職稱講師總體設(shè)計(jì)要求和技術(shù)要點(diǎn)要求電路開(kāi)啟后，紅黃綠三種顏色的燈在時(shí)鐘信號(hào)作用下按以下規(guī)律轉(zhuǎn)換狀態(tài)。電路啟動(dòng)后，要求紅黃綠三種顏色的燈在脈沖作用下順序，循環(huán)點(diǎn)亮。紅黃綠燈每次亮的時(shí)間分別為5秒，5秒，10秒。工作內(nèi)容及時(shí)間進(jìn)度安排1、 查閱資料，確定課題設(shè)計(jì)方案 6月13日2、

2、繪制完整的的電路原理圖 6月14日3、 繪制程序流程圖 6月15日4、 編寫程序并調(diào)試 6月16日5、 系統(tǒng)仿真，排除硬軟件錯(cuò)誤 6月17日6、 系統(tǒng)驗(yàn)收 6月20日7. 編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告、答辯 6月20至24日課程設(shè)計(jì)成果1與設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的軟件程序2課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告摘要：電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是一門重要的實(shí)踐性技術(shù)基礎(chǔ)課程。開(kāi)設(shè)本課程的目的在于使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，在老師的指導(dǎo)下完成大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)熟悉電工.電子技術(shù)的應(yīng)用中常用的設(shè)備和電子器件，熟悉常用儀器的使用方法，掌握正確記錄.處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、繪制曲線、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法，從而開(kāi)發(fā)學(xué)生分析問(wèn)題或解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，

3、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，刻苦鉆研、勇于探索和創(chuàng)新的開(kāi)拓精神以及遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作和愛(ài)護(hù)公物的優(yōu)良品質(zhì)，為今后從事專業(yè)科研工作和工程技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。流水燈是一串按一定的規(guī)律像流水一樣連續(xù)閃亮。流水燈控制是可編程控制器的一個(gè)應(yīng)用，其控制思想在工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域也同樣適用。流水燈控制可用多種方法實(shí)現(xiàn)，但對(duì)現(xiàn)代可編程控制器而言，利用移位寄存器實(shí)現(xiàn)最為便利。通常用左移寄存器實(shí)現(xiàn)燈的單方向移動(dòng)；用雙向移位寄存器實(shí)現(xiàn)燈的雙向移動(dòng)。 要求紅黃綠三種顏色的燈在時(shí)鐘信號(hào)作用下按以下規(guī)律轉(zhuǎn)換狀態(tài)。電路啟動(dòng)后，要求紅黃綠三種顏色的燈在脈沖作用下順序，循環(huán)點(diǎn)亮。紅黃綠燈每次亮的時(shí)間分別為5秒，5秒，10秒。關(guān)鍵詞：流

4、水燈 74LS161計(jì)數(shù)器 74LS194移位寄存器 CC7555定時(shí)器 自啟動(dòng) 紅黃綠三種顏色的燈在脈沖作用下順序，循環(huán)點(diǎn)亮。紅黃綠燈每次亮的時(shí)間分別為5秒，5秒，10秒。目錄一、功能介紹1二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)3三、硬件設(shè)計(jì)4四、軟件設(shè)計(jì)4五、系統(tǒng)調(diào)試8六、結(jié)論與心得9七、參考文獻(xiàn)10一、功能介紹1.1 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講，一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，目前正以前所未見(jiàn)的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng)，蠶食著傳統(tǒng)數(shù)字電路與模擬電路固有的領(lǐng)地。它的體積小、質(zhì)量輕

5、、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛。彩電、冰箱、空調(diào)、錄像機(jī)、VCD、遙控器、游戲機(jī)、電飯煲等無(wú)處不見(jiàn)單片機(jī)的影子，單片機(jī)早已深深地融入我們每個(gè)人的生活之中。單片機(jī)能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性，易用性及節(jié)能性等主要性能指標(biāo)，給我們的生活帶來(lái)舒適和方便的同時(shí)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。單片機(jī)按用途大體上可分為兩類，一種是通用型單片機(jī)，另一種是專用型單片機(jī)。MCS-51單片機(jī)是美國(guó)INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品，與MCS- 48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原

6、來(lái)的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達(dá)111條，MCS-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MSC-51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。MCS-51系列單片機(jī)主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品。1.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 單片機(jī)現(xiàn)在可以說(shuō)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了廣闊的天地。縱觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的

7、發(fā)展趨勢(shì)，大致有： 一、微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（RAM）、只讀程序存儲(chǔ)器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機(jī)將LCD（液晶）驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中S

8、MD（表面封裝）越來(lái)越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。二、低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。像80C51就采用了HMOS（即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）和CHMOS（互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。CMOS雖然功耗低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 三、主流

9、與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以89C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以89C51占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡(jiǎn)指令集合（RISC）也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的HOLTEX公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其底價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)、相輔相成、共同發(fā)展的道路。九十年代以后，單片機(jī)在結(jié)構(gòu)

10、上采用雙CPU或內(nèi)部流水線，CPU位數(shù)有8位、16位、32位，時(shí)鐘頻率高達(dá)20MHZ，片內(nèi)帶有PWM輸出、監(jiān)視定時(shí)器WDT、可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA、DMA傳輸、調(diào)制解調(diào)器等。芯片向高度集成化、低功耗方向的發(fā)展，使得單片機(jī)在大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、高級(jí)通信系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、復(fù)雜工業(yè)過(guò)程控制、高級(jí)機(jī)器人以及局域網(wǎng)等方面得到大量應(yīng)用。這類單片機(jī)有NEC公司的MPD7800，MITSUBISHI公司的M337700，REVKWELL公司的R6500。1.3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)與要求、一丶任務(wù) 設(shè)計(jì)一款以AT89C51單片機(jī)作為主控核心，按鍵控制電路、流水燈顯示電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)等模塊組成的核心主控制電路。

11、二丶設(shè)計(jì)要求 通過(guò)發(fā)光二極管顯示不同的花樣（至少有六種花樣），并且可以通過(guò)按鍵來(lái)控制流水燈的速度。二丶設(shè)計(jì)方案本方案主要是通過(guò)對(duì)基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的LED流水燈循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，來(lái)達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。其硬件構(gòu)成框圖如下圖所示，以單片機(jī)為核心控制，由單片機(jī)最小系統(tǒng)（時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源）、按鍵控制電路、LED發(fā)光二極管和5V直流電源組成。AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路復(fù)位電路按鍵控制電路直流5V電源電路LED流水燈單片機(jī)流水燈循環(huán)控制系統(tǒng)硬件框圖此設(shè)計(jì)方案中單片機(jī)的P1口接5路按鍵控制電路，實(shí)現(xiàn)流水燈花型的切換功能；單片機(jī)的P3.7引腳接上一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)對(duì)流水燈閃爍頻率的控制，即實(shí)

12、現(xiàn)了快慢兩種節(jié)拍實(shí)現(xiàn)花型的變換；單片機(jī)上的P2口接八路LED發(fā)光二極管組成流水燈電路，顯示流水燈循環(huán)情況。三丶硬件設(shè)計(jì)3.1 直流穩(wěn)壓電源電路對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來(lái)講，首要問(wèn)題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源電路的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。電子設(shè)備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電。通過(guò)變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后，得到穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備的重要組成部分。本項(xiàng)目直流穩(wěn)壓電源為+5V。 直流穩(wěn)壓電源的制作一般有3種制作形式，分別是分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電源、線性集成穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。下圖為穩(wěn)壓電源采用的是三端集成穩(wěn)壓器7805構(gòu)成的正5V直流電源。三端固定式

13、集成穩(wěn)壓電源電路圖AT89C51單片機(jī)的工作電壓范圍：4.0V-5.5V，所以通常給單片機(jī)外接5V直流電源。此處用3節(jié)1.5V的干電池供電。3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)要使單片機(jī)工作起來(lái)，最基本的電路的構(gòu)成由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成，單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖所示。時(shí)鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，用于外接一個(gè)12MHz石英晶體振蕩器和2個(gè)30pF微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，該復(fù)位方式同樣具有上電自動(dòng)復(fù)位功能。單片

14、機(jī)最小系統(tǒng)3.3 LED電路LED流水燈顯示電路LED流水燈顯示電路如圖所示，實(shí)際上是由8個(gè)發(fā)光二極管和8個(gè)電阻構(gòu)成的電路。發(fā)光二極管與電阻對(duì)應(yīng)串聯(lián),然后接在與之相對(duì)應(yīng)的P2口上。通過(guò)軟件編程對(duì)P2口輸出高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的閃爍花型。由于發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓一般為1.7V以上，另外，他的工作電流根據(jù)型號(hào)不同一般為1mA到30mA，電阻選擇范圍1003000在此我們這里選用560的電阻。3.4 按鍵控制電路按鍵控制電路如下圖所示，是由6個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī)AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1-Key5接在P1.0-P1.4,Key6接在P3.7上。為了一對(duì)一的控制LED

15、燈的閃爍方式。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)Key1時(shí), LED流水燈系統(tǒng)閃爍第一種流水燈花型。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)Key2時(shí), LED燈系統(tǒng)閃爍第二種閃爍方式。當(dāng)閉合Key6時(shí)，流水燈閃爍節(jié)拍變慢。鍵盤控制電路3.5 串口電路串口電路為單片提供與PC機(jī)連接端口，為單片機(jī)提供下載程序到單片機(jī)程序存儲(chǔ)器中。串口原理圖如下圖所示。串口也稱串行通信接口，RS-232是目前最常用的一種串行通訊接口，由于其形狀和針腳數(shù)量的原因，其接頭又被稱為DB9接頭。RS-232針腳定義: 2RXD 接收數(shù)據(jù)、3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)、5GND系統(tǒng)接地，一般就用到這幾個(gè)引腳。串口原理圖MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換

16、芯片,使用+5v單電源供電。MAX23內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：第一部分是電荷泵電路：由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成，功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道：由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道，其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道，8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭

17、的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出第三部分是供電：15腳DNG、16腳VCC（+5v）。四丶軟件設(shè)計(jì)判斷有無(wú)按鍵按下YN開(kāi)始當(dāng)Key1-Key5有鍵按下時(shí)調(diào)用延時(shí)程序調(diào)用彩燈循環(huán)程序當(dāng)Key6按下時(shí)設(shè)定相應(yīng)的延時(shí)參數(shù)R5的值主程序流程圖 本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89C51為核心控制8個(gè)發(fā)光二極管5種閃爍方式的變換。硬件電路如圖所示，八個(gè)發(fā)光二極管D1D8分別接在單片機(jī)的P2.0P2.7接口上，當(dāng)給P2.0口輸出“0”時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)輸出“1”時(shí)，發(fā)光二極管熄滅。可以運(yùn)用輸出端口指令MOV P0，A或MOV P0，DATA，只要給

18、累加器值或常數(shù)值，同理，接在P2.1P2.7口的其他7個(gè)LED的點(diǎn)亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，只要將發(fā)光二極管LED1LED8依次點(diǎn)亮、熄滅，8只LED燈便會(huì)一亮一暗的成流水燈了。在此還應(yīng)注意一點(diǎn)，由于視覺(jué)暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短，在控制二極管亮滅的時(shí)候應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，否則我們就看不到閃爍效果。程序啟動(dòng)時(shí)跳轉(zhuǎn)到鍵盤判斷模塊程序中，此程序里面包含Key1-Key5的按鍵情況判斷，循環(huán)檢測(cè)直到有按鍵按下的時(shí)候，程序轉(zhuǎn)去相對(duì)應(yīng)按鍵的流水燈顯示的花型模塊，與此同時(shí)，當(dāng)按鍵Key6有閉合時(shí)，程序中調(diào)用延時(shí)程序時(shí)，給延時(shí)參數(shù)賦值上另一個(gè)值，是延時(shí)程序延時(shí)時(shí)間發(fā)生改變

19、，以達(dá)到不同快慢節(jié)奏閃爍的流水燈。具體程序流程如下圖所示。五、系統(tǒng)調(diào)試圖5-1六、結(jié)論與心得本方案以AT89C51單片機(jī)作為主控核心，按鍵控制電路、流水燈顯示電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)等模塊組成的核心主控制電路，利用軟件編程燒錄程序到單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED流水燈進(jìn)行控制，與其他LED流水燈相比該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，其電路集成度高，工作原理簡(jiǎn)單，清晰明了，控制圖案的花樣多，移植性好。這次課程設(shè)計(jì)的時(shí)間雖然不算很長(zhǎng)，但使我對(duì)很多東西有了更深刻的認(rèn)識(shí)。平時(shí)在課堂上無(wú)法掌握的集體操作都有了一定的進(jìn)步。總結(jié)如下： 查閱資料和閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的重要性。 向同學(xué)請(qǐng)教的重要性，團(tuán)結(jié)協(xié)作的重要性。 勤動(dòng)手的重要性，自己動(dòng)手，豐衣足食！以前很多時(shí)候一遇到問(wèn)題常常都會(huì)問(wèn)同學(xué)，但是通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了自己努力