單片機(jī)的LED流水燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、河北建筑工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)題目名稱： 單片機(jī)LED流水燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 班 級(jí)： 機(jī)電（本）102班 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 王 碩 指導(dǎo)教師： 張東輝 職 稱： 講 師 2013 年 7 月 7 日目 錄第一章 引言21.1課題簡(jiǎn)介21.2設(shè)計(jì)目的21.3設(shè)計(jì)任務(wù)及要求21.4設(shè)計(jì)方法3第二章 總體設(shè)計(jì)思路32.1總體設(shè)計(jì)32.2硬件設(shè)計(jì)思路及系統(tǒng)框圖42.3軟件設(shè)計(jì)思路及程序流程框圖4第三章 硬件設(shè)計(jì)5 3.1 AT89C51 53.2單片機(jī)時(shí)鐘電路73.3單片機(jī)復(fù)位電路73.4單片機(jī)顯示電路83.5直流穩(wěn)壓電源電路83.6單片機(jī)硬件電路圖9第

2、四章 軟件設(shè)計(jì)94.1系統(tǒng)功能 104.2軟件流程圖 104.3程序設(shè)計(jì) 104.4程序調(diào)試 12第五章 軟硬件聯(lián)合仿真 12第六章 心得體會(huì) 13第七章 參考文獻(xiàn) 14 第一章 引言1.1 課題簡(jiǎn)介單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表

3、的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： 1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用 ：例如精密的測(cè)量設(shè)備2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用 ：用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控

4、制系統(tǒng)等。 3.在家用電器中的應(yīng)用：可從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。 4.單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 ：例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 5.在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 ：如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)LED流水燈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈的依次點(diǎn)亮、全亮、全滅、再循環(huán)。1.2 設(shè)計(jì)目的1.學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握電路設(shè)計(jì)的基

5、本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。2.掌握匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法。3.培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1彩燈用8個(gè)發(fā)光二極管代替。2P0.0-P0.1-P0.2-P0.3-P0.4-P0.5-P0.6-P0.7-P0.6-P0.5-P0.4-P0.3-P0.2-P0.1，然后全亮、全滅，再循環(huán)。3彩燈亮點(diǎn)移動(dòng)時(shí)間間隔為0.5秒。1.4 設(shè)計(jì)方法本流水燈實(shí)際上就是一個(gè)帶有八個(gè)發(fā)光二極管的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路和必要的軟件組成的單個(gè)單片機(jī)。如果要讓接在P1.0口的LED1亮起來(lái)，那么只要把P1.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢?/p>

6、了；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的電平變?yōu)楦唠娖?。同理，接在P1.1P1.7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，我們只要將發(fā)光二極管LED1LED8依次點(diǎn)亮、熄滅，8只LED燈便會(huì)一亮一暗的做流水燈了。同樣的道理，可以讓8個(gè)燈左移點(diǎn)亮，全亮、全滅。在此我們還應(yīng)注意一點(diǎn)，由于人眼的視覺(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，我們?cè)诳刂贫O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“流水”效果了。第二章 總體設(shè)計(jì)思路2.1總體設(shè)計(jì)2.1.1機(jī)型的選擇本課題使用AT89C51單片機(jī)。2.1.2器件清單序號(hào)元件名稱規(guī)格數(shù)量/個(gè)用途

7、1單片機(jī)AT89C511控制核心2晶振12MHZ1晶振電路3電容30pF2晶振電路4電容22 uF1復(fù)位電路5電阻3008上位電阻6電阻10K1復(fù)位電路7電源+5V1提供電源8發(fā)光二極管黃色LED8顯示電路2.2硬件設(shè)計(jì)思路及系統(tǒng)框圖整個(gè)系統(tǒng)包括AT89C51單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和由8個(gè)LED燈組成的顯示電路。系統(tǒng)一上電，LED燈就按照已寫(xiě)好的程序依次點(diǎn)亮系統(tǒng)框圖如下：2.3軟件設(shè)計(jì)思路及程序流程框圖程序執(zhí)行后，先是LED1到LED8， LED7到LED2的依次點(diǎn)亮，然后燈全亮、燈全滅，再循環(huán)。彩燈亮點(diǎn)移動(dòng)時(shí)間間隔為0.5秒。程序流程框圖如下：第三章 硬件設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)

8、體和裝置，通常由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)硬件的芯片，在實(shí)際應(yīng)用中，通常很難直接和被控對(duì)象進(jìn)行電氣連接，必須外加各種擴(kuò)展接口電路、外部設(shè)備、被控對(duì)象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)選用以AT89C51單片機(jī)為主控單元。3.1 AT89C511）主要特性：與MCS-51兼容，4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年，全靜態(tài)工作：0Hz24Hz，三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定，128*8位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線，5個(gè)中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。

9、2）管腳說(shuō)明：電源引腳 Vcc（40腳）：典型值5V。 Vss（20腳）：接低電平。外部晶振 XTAL1、XTAL2分別與晶振兩端相連接。輸入輸出口引腳： P0口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”。 P1口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”。 P2口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”。 P3口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”?？刂埔_： RST、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp組成了MSC-51的控制總線。 RST（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端（高電平有效）。 ALE/-PROG(30腳）：地址鎖存信號(hào)輸出端。 第二功能：編程脈沖輸入。

10、 -PSEN（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。 -EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲(chǔ)器使能端。 第二功能：編程電壓輸入端（+21V）。3）AT89C51單片機(jī)的P口特點(diǎn)： P0口：是一個(gè)8位漏極開(kāi)路輸出型雙向I/O端口。作為輸出端口時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL輸入，對(duì)端口寫(xiě)1時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它是時(shí)分多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問(wèn)期間將激活內(nèi)部的上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這

11、時(shí)可作輸入口。P2口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（Iil）。P2口：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可作輸入口。P2口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（Iil）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)和16位外部地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)，P2口送出高8位地址。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX RI）時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器(SFR)區(qū)

12、中的P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不會(huì)改變。P3口：P3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可作輸入口。P3口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（Iil）。3.2單片機(jī)時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按序進(jìn)行工作。在MCS-51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳X1，輸出端為引腳X2，在芯片的

13、外部跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 此電路采用12MHz的石英晶體。時(shí)鐘電路如下圖：圖3.1時(shí)鐘電路3.3單片機(jī)復(fù)位電路電阻的作用是用于上電復(fù)位的，VCC以上電，由于電容兩端電壓不能突變，所以RST上為高電平，然后電容放電，RST就為低電平了，還可以用手動(dòng)復(fù)位，此電路應(yīng)用自動(dòng)復(fù)位。圖3.2復(fù)位電路3.4單片機(jī)顯示電路LED彩燈顯示電路(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P1口上。通過(guò)軟件編程對(duì)P1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

14、作電流根據(jù)型號(hào)不同一般為1mA到30mA，電阻選擇范圍100歐姆3千歐姆在此我們這里選用300 歐姆的電阻。圖3.3顯示電路3.5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。如下圖所示：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。AT89C51單片機(jī)的工作電壓范圍：4.0V5.5V，所以通常

15、給單片機(jī)外接5V直流電源。3.6單片機(jī)硬件電路圖根據(jù)各個(gè)模塊的功能及他們的信號(hào)傳輸，連接電路如下： 圖3.4總電路圖第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)功能本系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)流水燈的循環(huán)點(diǎn)亮。系統(tǒng)上電后，先是LED1到LED8， LED7到LED2的依次點(diǎn)亮，然后燈全亮、全滅。若單片機(jī)仍處于有電狀態(tài)，則程序一直循環(huán)下去。彩燈亮點(diǎn)移動(dòng)時(shí)間間隔為0.5秒。4.2軟件流程圖4.3程序設(shè)計(jì)ORG 0000H ；單片機(jī)上電后從0000H地址執(zhí)行 AJMP START1；跳轉(zhuǎn)到主程序存放地址處 ORG 0030H ；設(shè)置主程序開(kāi)始地址MOV SP，#60H ；設(shè)置堆棧起始地址為60HSTART1： MOV A，#0

16、FEH ；ACC中裝入LED1亮的數(shù)據(jù)（二進(jìn)制的） MOV P1，A ；將ACC的數(shù)據(jù)送P1口ACALL DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序 MOV R0，#7 ；將數(shù)據(jù)再移動(dòng)7次就完成一個(gè)8位流水過(guò)程AJMP LOOP1 START2： MOV A，#0BFH；ACC中裝入LED7亮的數(shù)據(jù)（二進(jìn)制的） MOV P1，A ；將ACC的數(shù)據(jù)送P1口ACALL DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序 MOV R0，#5；將數(shù)據(jù)再移動(dòng)5次就完成一個(gè)6位流水過(guò)程AJMP LOOP2START3： MOV A，#00H ；ACC中裝入所有燈都亮的數(shù)據(jù)（二進(jìn)制的）AJMP LOOP3START4： MOV A，#0FFH

17、 ；ACC中裝入所有燈都滅的數(shù)據(jù)（二進(jìn)制的）AJMP LOOP4LOOP1：RL A ；將ACC中的數(shù)據(jù)左移一位 MOVP1，A ；把ACC移動(dòng)過(guò)的數(shù)據(jù)送p1口顯示 ACALLDELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序 DJNZ R0，LOOP1；沒(méi)有移動(dòng)夠7次繼續(xù)移動(dòng) AJMP START2 ；移動(dòng)完7次后跳到START2LOOP2：RR A ；將ACC中的數(shù)據(jù)右移一位 MOV P1，A ；把ACC移動(dòng)過(guò)的數(shù)據(jù)送p1口顯示 ACALLDELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序 DJNZ R0，LOOP2；沒(méi)有移動(dòng)夠5次繼續(xù)移動(dòng) AJMP START3 ；移動(dòng)完5次后跳到START3LOOP3： MOV P1，A ；把A

18、CC移動(dòng)過(guò)的數(shù)據(jù)送p1口顯示 ACALLDELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序AJMP START4 ；跳到START4LOOP4： MOV P1，A ；把ACC移動(dòng)過(guò)的數(shù)據(jù)送p1口顯示 ACALL DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序AJMP START1 ；跳到START1DELAY： MOV R7,#5 ；延時(shí)0.5SDEL1: MOV R6,#200DEL2: MOV R5,#248DEL3: DJNZ R5,DEL3NOP DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL1 RET ；子程序返回 END ；程序結(jié)束4.4程序調(diào)試軟件調(diào)試一般分為以下四個(gè)階段：1、 編寫(xiě)程序并查錯(cuò)；2、在匯編語(yǔ)言的編譯系

19、統(tǒng)中編譯源程序3、對(duì)程序進(jìn)行編譯連接，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)程序中存在的錯(cuò)誤；4、改正錯(cuò)誤。第五章 軟硬件聯(lián)合仿真在proteus軟件仿真之前必須在Proteus里面畫(huà)出硬件的外部接線圖，裝入keil生成的HEX文件，接下來(lái)就可以運(yùn)行仿真了,如圖5-1：圖5.1仿真圖經(jīng)以上仿真測(cè)試證實(shí)，能實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求的預(yù)期的功能。第六章 心得體會(huì)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力，我們順利的完成了這次單片機(jī)課設(shè)。這是一個(gè)磨練意志的過(guò)程。從課題的選擇開(kāi)始，總體設(shè)計(jì)、硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，到最后的Proteus軟件仿真完成，這其中經(jīng)歷了很多困難，但是更重要的是在這個(gè)過(guò)程中我得到了很大的鍛煉。通過(guò)C51單片機(jī)等一些器件的設(shè)計(jì)讓我學(xué)習(xí)和掌握了單片機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)要點(diǎn)，也使以前學(xué)的很多知識(shí)都得到了運(yùn)用。這是一個(gè)需要不斷的嘗試，不斷的校核，不斷的修改，最后完成一個(gè)合理的設(shè)計(jì)的過(guò)程。在很大程度上培養(yǎng)了我拼搏的工作精神。