32個(gè)心形流水燈單片機(jī)課程設(shè)計(jì).doc

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 題目：心形流水燈 系 別：計(jì)算機(jī)信息與技術(shù)系 專(zhuān) 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： B120601 學(xué) 號(hào)： B120601 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 郭 2015年06月目錄緒論2一.題目分析3二.硬件32.1 MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖42.2系統(tǒng)框圖52.3電路原理圖5三.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)73.1 Keil_c軟件界面圖73.2程序流程圖8四 仿真調(diào)試104.1仿真采用proteus仿真圖104.2導(dǎo)入代碼圖10五 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析115.1 軟件調(diào)試125.2遇到問(wèn)題12六 總結(jié)13緒論由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類(lèi)型的單片機(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中MCS-52系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。目前，可用于MCS-52系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)的硬件越來(lái)越多，與其配套的各類(lèi)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便地利用現(xiàn)有資源，開(kāi)發(fā)出用于不同目的的各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)。本文主要講的是單片機(jī)，課題名稱(chēng)為單片機(jī)流水燈控制，它使我們學(xué)會(huì)了如何使用單片機(jī)控制我們?nèi)粘Ｉ钪械亩嘣O(shè)備設(shè)施的應(yīng)用。通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)以后，使我了解到了單片機(jī)的許多方面的應(yīng)用。本課題詳細(xì)地介紹了一種由MCS-89C51集成塊編程實(shí)現(xiàn)的控制電路，它完成了單片機(jī)流水燈控制功能，并給出了具體的硬件電路和相應(yīng)的程序。這種控制電路可靠性，靈活性高，使用范圍廣，特別適合中小城市的交通燈、霓虹燈等的應(yīng)用。而且，它對(duì)其他類(lèi)似系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有一定的借鑒意義。我所設(shè)計(jì)的該產(chǎn)品是根據(jù)自身的興趣和愛(ài)好所設(shè)計(jì)的，通過(guò)單片機(jī)的32個(gè)雙向IO口的高低電平控制接在IO口上的LED的亮滅，來(lái)達(dá)到LED的閃爍和流水等效果，編寫(xiě)程序使花樣盡量多，用六種顏色的LED穿插焊接，閃爍時(shí)更漂亮。一 題目分析1.1 采用單片機(jī)STC89C51RC做成最小系統(tǒng)來(lái)控制。1.2 利用最小系統(tǒng)做出心形流水燈，其LED燈的閃爍間隔時(shí)間采用延時(shí)程序控制,每種模式可采用不同的延時(shí)，靈活多變。程序編寫(xiě)過(guò)程當(dāng)中采用數(shù)組、取余、循環(huán)移位、移位運(yùn)算、延時(shí)等方式來(lái)達(dá)成想要的效果。編程內(nèi)容以九種模式為核心，控制LED跑馬燈和數(shù)碼管進(jìn)行九種變化方式，從而達(dá)到設(shè)計(jì)方案最終預(yù)期的效果。 1.3本設(shè)計(jì)選用以AT89C51單片機(jī)為主控單元。此最小系統(tǒng)提供了32個(gè)獨(dú)立LED，由IO口控制，采用共陽(yáng)級(jí)接法所以只有當(dāng)IO口輸出低電平時(shí)LED才會(huì)點(diǎn)亮。二 硬件 2.1 MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 從上圖可知，它主要由8個(gè)部件通過(guò)片內(nèi)總線(xiàn)連接而成。部件有中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）、并行輸入/輸出口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。8051單片機(jī)有四個(gè)8位的雙向輸入/輸出端口，每個(gè)端口均可按字節(jié)輸入、輸出，也可按位進(jìn)行輸入、輸出，一個(gè)端口占8個(gè)引腳，共占32個(gè)引腳。在每個(gè)端口中都包括有一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。因此，本流水燈實(shí)際上就是一個(gè)帶有32個(gè)發(fā)光二極管的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由AT89C51單片機(jī)、電阻、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)。單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱(chēng)為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵輸入、顯示輸出等。單片機(jī)接口電路主要用來(lái)連接計(jì)算機(jī)和其它外部設(shè)備。2.2系統(tǒng)框圖單片機(jī)復(fù)位電路晶振電路彩色限流電阻2.3電路原理圖圖2-3-1從原理圖中可以看出，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)榈碗娖骄涂梢粤?；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，其他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)光二極管依次點(diǎn)亮、熄滅。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管燈亮滅的時(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。 2.4各功能模塊的選擇及論證如下: 復(fù)位電路:由電容和電阻構(gòu)成,由電路圖并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平,并且,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來(lái)決定.典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。本設(shè)計(jì)中R=10K,C=10uF。所以采用上電復(fù)位：STC89C51RC系列單片機(jī)為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳RST上連接一個(gè)電容到VCC，再連接一個(gè)電阻到GND，由此形成一個(gè)RC充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí)RST腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值為10K和10uF。如圖3.3.1所示:圖2-4-1上電復(fù)位電路圖 晶振電路:典型的晶振取11.0592MHz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場(chǎng)合)同時(shí)也可取12MHz(產(chǎn)生精確的微秒級(jí)時(shí)歇,方便定時(shí)操作)，因設(shè)計(jì)需要，本設(shè)計(jì)采用12M晶振。圖2-4-2晶振電路圖 . LED電路：由于發(fā)光二極管具有最大正向電流、最大反向電壓的限制，使用時(shí)，應(yīng)保證不超過(guò)此值。根據(jù)不同材料發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。LED有共陰極和共陽(yáng)極兩種。在此設(shè)計(jì)中我們采用共陽(yáng)極，共陽(yáng)極將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，接入+5V的電壓。普通發(fā)光二級(jí)管的工作電流是5-20毫安，本設(shè)計(jì)中采用的是3mm發(fā)光二級(jí)管，所以采用470電阻限流，使其正常工作，工作電流約為10毫安（一般有色發(fā)光二極管工作電流約為10毫安，透明發(fā)光二極管工作電流為20毫安）。主要元件有不同阻值的電阻、LED。電阻為每個(gè)LED的限流電阻。三 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 Keil_c軟件界面圖Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 Keil_c軟件界面如圖3-1所示： 圖3-1 Keil_c軟件界面3.2程序流程圖此設(shè)計(jì)主要是采用控制系統(tǒng)的延時(shí)來(lái)完成的，此設(shè)計(jì)中是將流水燈，包含九種模式，每種模式都有一種流水燈樣式，每次對(duì)P0、P1、P2、P3口賦予相應(yīng)的值，即可達(dá)到預(yù)期的效果，再和不同的延時(shí)相配合，就能達(dá)到不同的流水效果了。具體程序見(jiàn)附錄。在程序編寫(xiě)方面，本設(shè)計(jì)采用相對(duì)簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言進(jìn)行編程，采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程的原因是它具有簡(jiǎn)單緊湊、靈活方便、可移植性好等特點(diǎn)。程序編寫(xiě)過(guò)程當(dāng)中采用數(shù)組、取余、循環(huán)移位、移位運(yùn)算、延時(shí)等方式來(lái)達(dá)成想要的效果。編程內(nèi)容以九種模式為核心，控制LED流水燈進(jìn)行九種變化方式，從而達(dá)到設(shè)計(jì)方案最終預(yù)期的效果。程序流程圖如下：圖3-2四 仿真調(diào)試4.1仿真采用proteus仿真圖仿真截圖如下：圖4-14.2導(dǎo)入代碼圖圖4-2-1圖4-2-2五 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1 軟件調(diào)試本次設(shè)計(jì)整體采用電阻阻值有有四種，每個(gè)阻值對(duì)應(yīng)一個(gè)或兩個(gè)不同顏色的LED燈，如果對(duì)應(yīng)不對(duì)會(huì)出現(xiàn)燈的亮度會(huì)發(fā)生一些變化，但是不影響整體效果，線(xiàn)路有點(diǎn)多，焊接有點(diǎn)復(fù)雜，在安裝元件時(shí)，我們應(yīng)該對(duì)元件進(jìn)行檢測(cè)使它能達(dá)到電路所需的要求，應(yīng)盡量避免裝錯(cuò)元件，不然調(diào)試時(shí)會(huì)出現(xiàn)很多麻煩，然后仔細(xì)對(duì)照原理圖進(jìn)行安裝。再進(jìn)行元器件的安裝焊接，在安裝焊接時(shí)應(yīng)注意避免虛焊、假焊現(xiàn)象，并且要注意掌握焊接時(shí)間。如果焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)就有可能將元器件損壞。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。在軟件調(diào)試過(guò)程中，對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行了認(rèn)真的分析和修改，多次調(diào)試成功后，能夠很好的達(dá)到既定的設(shè)計(jì)效果。應(yīng)用Keil C51根據(jù)設(shè)計(jì)要求編寫(xiě)出程序后，調(diào)試中出現(xiàn)符號(hào)錯(cuò)誤及無(wú)用編碼，根據(jù)提示改進(jìn)后最終成功編寫(xiě)出所要求的程序，并用仿真程序調(diào)用后得到預(yù)期效果。采用STC-ISP燒寫(xiě)軟件進(jìn)行程序燒寫(xiě)，開(kāi)始不能下載，經(jīng)檢查串口出現(xiàn)問(wèn)題，經(jīng)安裝驅(qū)動(dòng)并檢查插口序號(hào)后，成功下載軟件到單片機(jī)。運(yùn)行結(jié)果：成功下載軟件，接通外部電源，LED燈亮起，但是有部分并未按照預(yù)期完成，經(jīng)調(diào)試程序后，與預(yù)期相同，總體效果比較好。5.2遇到問(wèn)題： 1 LED虛亮，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)時(shí)電源部分跳線(xiàn)斷了，補(bǔ)好后正常工作。 2所亮的燈不是所預(yù)想的，經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)程序賦值問(wèn)題并解決。 3 由于每個(gè)電阻的阻值不同，外表白色的LED燈不好對(duì)應(yīng)阻值的大小，浪費(fèi)了我好多時(shí)間去排版，最好用紙畫(huà)好電路圖標(biāo)清每個(gè)序號(hào)，寫(xiě)清燈的顏色才能更好地實(shí)現(xiàn)我想要的效果。 4 LED燈不亮，經(jīng)用電表測(cè)量發(fā)現(xiàn)有個(gè)別燈壞了，或者對(duì)LED燈陽(yáng)極和陰極焊接錯(cuò)誤。 5 焊接的過(guò)程也是困難重重，焊接的效果不是很理想，但是運(yùn)行還是不錯(cuò)的。六 總結(jié) 經(jīng)過(guò)一周時(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，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。此次編寫(xiě)程序控制單片機(jī)管腳電平的高低變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的一亮一滅一方面，通過(guò)IO口引腳的電平高低來(lái)實(shí)現(xiàn)亮滅，低電平亮，高電平滅來(lái)實(shí)現(xiàn)流水燈多彩的效果。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，由過(guò)本次課設(shè)，我不僅學(xué)到了關(guān)于單片機(jī)技術(shù)方面的許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同時(shí)也讓我感覺(jué)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性。其實(shí)如何有效和快速的找到資料也是課設(shè)給我的啟發(fā)，利用好圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)，是資源的到最好的利用。與他人交流思想是取得成功的關(guān)鍵，在交流中，不僅強(qiáng)化了自己原有的知識(shí)體系，也擴(kuò)展了自己的思維。課設(shè)是一個(gè)通過(guò)思考、發(fā)問(wèn)、自己解惑并動(dòng)手、提高的過(guò)程。我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中不斷學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)，完善自己。 對(duì)于這次