單片機(jī)課程設(shè)計(jì)定時(shí)器控制4只LED滾動(dòng)閃爍系統(tǒng)

1、目錄1設(shè)計(jì)目的1.1設(shè)計(jì)目的1、通過(guò)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，熟練掌握單片機(jī)C語(yǔ)言的編程方法，將理論聯(lián)系到實(shí)踐中去，提高我們的動(dòng)腦和動(dòng)手的能力。2、通過(guò)定時(shí)器控制兩個(gè)LED顯示器顯示10秒秒表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)器和LED顯示器的使用方法，同時(shí)掌握簡(jiǎn)單程序的編寫(xiě)，最終提高我們的邏輯抽象能力。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)能夠控制兩個(gè)LED顯示器顯示10秒秒表的模擬系統(tǒng)。 要求：利用單片機(jī)的定時(shí)器定時(shí)，控制LED顯示器顯示。1.3 設(shè)計(jì)思路 1.先熟悉實(shí)驗(yàn)原理，了解4只LED滾動(dòng)閃爍系統(tǒng)燈的工作過(guò)程，組成滾動(dòng)閃爍系統(tǒng)需要的組件。 2.了解各個(gè)硬件的工作原理， 3.繪制電路原理圖，編寫(xiě)程序，并進(jìn)

2、行仿真，基本實(shí)現(xiàn)LED滾動(dòng)閃爍系統(tǒng)燈的功能。2設(shè)計(jì)原理分析2.1十秒秒表的系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光二極管的控制，來(lái)4只LED滾動(dòng)閃爍燈的管理。每延時(shí)一段時(shí)間，燈的顯示情況都會(huì)按LED燈的顯示規(guī)律進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。采用單片機(jī)內(nèi)部的I/O口上的P0口中的4個(gè)引腳即可來(lái)控制4個(gè)LED燈。2.2十秒秒表的功能要求本設(shè)計(jì)能模擬基本的LED滾動(dòng)閃爍系統(tǒng)，是用中斷的方式定時(shí)控制LED定的閃爍及滾動(dòng)。2.2.1計(jì)時(shí)顯示定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式寄存器，定時(shí)器采用T0定時(shí)器0工作于模式2 位數(shù)：8位計(jì)數(shù)范圍：0-255 具有自動(dòng)加載功能 2.2.2中斷設(shè)置 每累計(jì)若干次定時(shí)器中斷才執(zhí)行一次閃爍。2.3定時(shí)器控制4

3、只LED滾動(dòng)閃爍制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理單片機(jī)設(shè)LED燈閃爍系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化可以廣泛的應(yīng)用到商業(yè)和工業(yè)的流程控制測(cè)電路當(dāng)中。單片機(jī)晶振LED燈圖2.1 系統(tǒng)的總體框圖據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。因?yàn)樗軌驕?zhǔn)確地劃分成時(shí)鐘頻率,與UART(通用異步接收器/發(fā)送器)量常見(jiàn)的波特率相關(guān)。特別是較高的波特率(19600,19200),不管多么古怪的值,這些晶振都是準(zhǔn)確,常被使用的。當(dāng)定時(shí)器1被用作波特率發(fā)生器時(shí),波特率工作于方式1和方式3是由定時(shí)器1的溢出率和SMOD的值(PCON.7-雙倍速波特率)決定：方式1、3波特率= (定時(shí)

4、器1的溢出率) 特殊時(shí),定時(shí)器被設(shè)在自動(dòng)重袋模式(模式2,TMOD的高四位為0100B),其為：方式1、 3波特率= 11.0592MHZ晶振的一些典型波特率如下：波特率SMOD TH1 19200 1 0FDH 9600 0 0FDH 4800 0 0FAH2400 0 0F4H 1200 0 0E8H 300 0 0A0H更換一種計(jì)算方式,它將以修改公式達(dá)到我們需求的波特率來(lái)計(jì)算出晶振。最小晶振頻率=波特率x 384 x 2 SMOD 這就是我們所需波特率的最小晶振頻率,此頻率能成倍增加達(dá)到我們需求的時(shí)鐘頻率。 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，

5、可以選用AT89S51單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，4個(gè)發(fā)光二極管分成1組紅綠藍(lán)黃4燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊等。主要器件的選擇：器件個(gè)數(shù)LED 4晶振（11.0592）1電阻若干電容2 表3-13.2 主控制部分AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介 89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非

6、易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51單片機(jī)為引腳雙列直插芯片，有個(gè)I/O口，P0 ，P1， P2， P3，單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖所示，18引腳和19引腳接時(shí)鐘脈沖電路，XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是震蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)她是振蕩器倒相放大器的輸出端，第引腳為復(fù)位輸入端，接上電容，電

7、阻及開(kāi)關(guān)后構(gòu)成上電復(fù)位電路，20引腳為接地端，40引腳為電源端。如圖所示： 圖3.1 晶振與單片機(jī)的連接3.2.1 AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能 中央處理器： 中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(內(nèi)部RAM)： 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放變化的數(shù)據(jù)。AT89S51中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間為256個(gè)RAM單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供用戶(hù)使用的僅有前面128個(gè)，后128個(gè)被專(zhuān)用寄存器占用。 程序存儲(chǔ)器(內(nèi)部ROM)： 程序存儲(chǔ)器用于存放程序和固定不變

8、的常數(shù)等。通常采用只讀存儲(chǔ)器，且其又多種類(lèi)型，在89系列單片機(jī)中全部采用閃存。AT89C51內(nèi)部配置了4KB閃存。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器(T0)： 定時(shí)/計(jì)數(shù)器用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。AT89C51共有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 并行輸入輸出(I/O)口： 8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 每個(gè)口都由1個(gè)鎖存器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成。它們主要用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出，有些I/O口還有其他功能。 全雙工串行口： A89C51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 時(shí)鐘電路

9、： 時(shí)鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘脈沖序列。 中斷系統(tǒng)： 中斷系統(tǒng)的作用主要是對(duì)外部或內(nèi)部的終端請(qǐng)求進(jìn)行管AT89C51共有5個(gè)中斷源，其中有2個(gè)外部中斷源和3個(gè)內(nèi)部中斷源。 3.2.2 51單片機(jī)的串行接口工作方式51單片機(jī)的串行接口有四種工作方式。方式0是將SBUF作為8位同步移位寄存器使用（固定波特率）；方式1是10位異步通信方式（可變波特率）；方式2是11位異步通信方式（固定波特率）；方式3是11位異步通信方式（可變波特率）。 圖 3.2串行接口與單片機(jī)的連接 3.3其它器件3.4.1發(fā)光二極管根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，LED的顯示不可少，LED的顯示采用普通的發(fā)光二極管。在硬件上

10、連接圖上也是對(duì)稱(chēng)分布的，如下圖3.4所示。圖3.3 LED燈的連接在本設(shè)計(jì)中，實(shí)際控制的燈只有4個(gè)，其中均是低電平有效，所以在運(yùn)行前LED燈的狀態(tài)是滅。3.4定時(shí)器控制4只LED滾動(dòng)閃爍控制系統(tǒng)原理圖 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)，電阻，LED顯示組成。其具體的硬件電路總圖如圖3.6所示。圖3.4系統(tǒng)原理3.5設(shè)計(jì)的連線圖：3.5.1單片機(jī)實(shí)物圖：圖3.5實(shí)物圖 3.6 硬件資源及其分配 主要用到的硬件：P0口、LED發(fā)光二極管、定時(shí)器T0。l 硬件分配：（1）P1口：做為輸出口，與發(fā)光二極管相連接。（2）定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0用來(lái)產(chǎn)生1秒的定時(shí)。3.7運(yùn)行步驟1、接硬件圖接線，為了確

11、保LED燈能夠?qū)?yīng)顯示，實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)P0口的接線做了調(diào)整。即，P0.0接L1,P0.1接L2,P0.2接L3,P0.3接L4。2、開(kāi)始連續(xù)運(yùn)行，觀察4個(gè)LED燈是與程序設(shè)計(jì)思路對(duì)應(yīng)，如果有偏差，則單步運(yùn)行或斷點(diǎn)運(yùn)行，進(jìn)行調(diào)試，直至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3、整體運(yùn)行，觀察LED顯示是否都符合要求，如果不符合，則再調(diào)試。直至滿(mǎn)足要求。3.8檢測(cè)與調(diào)試 3.8.1硬件調(diào)試： 硬件調(diào)試是利用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、基本測(cè)試儀器（萬(wàn)用表、示波器等）， 檢查用戶(hù)系統(tǒng)硬件中存在的故障。 硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。u 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶(hù)系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測(cè)。 第一步：目測(cè)。檢查外部的各種元件或者是電路是

12、否有斷點(diǎn)。 第二步：用萬(wàn)用表測(cè)試。先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中有疑問(wèn)的連接點(diǎn)， 再檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測(cè)。給板加電，檢測(cè)所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值 第四步：是聯(lián)機(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏脝纹瑱C(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶(hù)系統(tǒng)的調(diào)試。 u 動(dòng)態(tài)調(diào)試 動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶(hù)系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶(hù)系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、由分到合。 由分到合是指首先按邏輯功能將用戶(hù)系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時(shí)，與該元件無(wú)關(guān)的 器件全部從用戶(hù)系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個(gè)局部的電路上。當(dāng)各塊電路無(wú)故障

13、后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對(duì)各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。 由近及遠(yuǎn)是將信號(hào)流經(jīng)的各器件按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時(shí)，仍采用去掉無(wú)關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會(huì)定位故障元件了。3.8.2軟件調(diào)試： 軟件調(diào)試是通過(guò)對(duì)擁護(hù)程序的匯編、連接、執(zhí)行來(lái)發(fā)現(xiàn)程序中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過(guò)程。程序后，編輯，查看程序是否有邏輯的錯(cuò)誤。 4 系統(tǒng)軟件程序的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)4.1程序框圖 開(kāi)始 初始化，全滅 藍(lán)燈亮，開(kāi)始閃爍 延時(shí) 藍(lán)燈滅，綠燈亮，開(kāi)始閃爍 延時(shí)綠燈滅，紅燈亮，開(kāi)始閃爍 延時(shí) 紅燈滅，黃燈亮，開(kāi)始閃爍

14、延時(shí)圖4.1程序框圖4.2程序流程圖及程序4.2.1程序流程圖： 開(kāi)始 初始化 設(shè)置計(jì)數(shù)器i=0;i+_LED燈開(kāi)始循環(huán)閃爍 計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)完成程序中斷，i自加1，下一個(gè)LED燈開(kāi)始閃爍否否圖4.2程序圖4.2.2程序清單：主程序:#include /定義8051寄存器的頭文件#define uchar unsigned char /定義無(wú)符號(hào)字符型(0255)#define uint unsigned int /定義無(wú)符號(hào)整型(065535)/字符與整型分為有符號(hào)(signed)與無(wú)符號(hào)(unsigned)兩類(lèi)/通常sbit數(shù)據(jù)類(lèi)型是用于存取內(nèi)部可位尋址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器sbit B1=P20

15、; /聲明B1為P1.0端口sbit G1=P21;sbit R1=P22;sbit Y1=P23;/若要使用權(quán)sbit數(shù)據(jù)類(lèi)型，則其聲明方式有下列幾種：/1.先聲明一個(gè)bdata存儲(chǔ)器形式的變量，再聲明屬于該變量的sbit變量，例如：/char bdata scan; 聲明scan為bdata存儲(chǔ)器類(lèi)型的字符/sbit input_0=scan0; 聲明input_0為scan變量的bit 0/2.先聲明一個(gè)sfr變量，再聲明屬于該變量的sbit變量，例如：/sfr P0=0x80;聲明P0為0X80存儲(chǔ)器位置，即P0/sbit P0_0=P00;聲明P0_0為P0變量的bit0/3.直接指

16、定存儲(chǔ)器位置，例如要聲明P0的bit0,則/sbit P0_0=0X800; 聲明P0_0為0x80地址的bit0uint i,j,k;/-/主程序/-void main() /主程序開(kāi)始i=j=k=0;P2=0xff; /開(kāi)始時(shí)全部關(guān)閉TMOD=0X02; /定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式寄存器低4位/T0定時(shí)器0工作于模式2 位數(shù)：8位計(jì)數(shù)范圍：0-255 具有自動(dòng)加載功能TH0=256-200;/200us定時(shí)TL0=256-200;IE=0X82; /中斷使能寄存器IE，相當(dāng)于EA=1；ET0=1；TR0=1; /定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCOD Timer0的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)while(1); /無(wú)窮

17、循環(huán) /-/T0中斷函數(shù)/-void LED_Flash_and_Scroll() interrupt 1 /每累計(jì)若干次定時(shí)器中斷才執(zhí)行一次閃爍if(+k35)return; /if條件語(yǔ)句k=0;switch(i)/多分支選擇語(yǔ)句,switch語(yǔ)句開(kāi)始 case 0:B1=!B1;/藍(lán)燈閃爍break; /終止執(zhí)行switch或循環(huán)語(yǔ)句case 1:G1=!G1;/綠燈閃爍break;case 2:R1=!R1; /紅燈閃爍break;case 3:Y1=!Y1; /黃燈閃爍break; /退出switch語(yǔ)句default:i=0;if(+j150)/每次LED持續(xù)閃爍一段時(shí)間retur

18、n;/從函數(shù)返回語(yǔ)句j=0;P2=0xff; /關(guān)閉顯示i+;/切換到下一LED/符號(hào)：+ ，功能： 加1 ，范例：i+ ,說(shuō)明：執(zhí)行運(yùn)算后再將X變量的值加1/符號(hào)：- ，功能： 減1 ，范例：i- ,說(shuō)明：執(zhí)行運(yùn)算后再將X變量的值減1 4.2.3實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果圖： 圖4.2實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果圖 結(jié) 論定時(shí)器控制4只LED滾動(dòng)閃爍對(duì)于單片機(jī)初學(xué)者有著非常重要的作用。本文完成了基于單片機(jī)的定時(shí)器控制4只LED滾動(dòng)閃爍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與模擬。包括閃爍方案的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的硬件開(kāi)發(fā)、軟件編程與仿真調(diào)試等。在論文完成過(guò)程中，主要做的工作有： （1）確定LED滾動(dòng)閃爍系統(tǒng)具體的通行方案以及要求其他多功能的實(shí)現(xiàn)。（2）以ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)為核心進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，輸入量包括：輸出LED燈亮滅狀態(tài)及時(shí)間顯示。 通過(guò)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我不僅加深了對(duì)單片機(jī)理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去，而且我還學(xué)會(huì)了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學(xué)會(huì)將理論很好地聯(lián)系實(shí)際，并不斷地去開(kāi)動(dòng)自己的大腦，從為人類(lèi)造福的意愿出發(fā)，做自己力所能及的，別人卻沒(méi)想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時(shí)，更重要的是，我在這一設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持不懈，不輕易言棄。設(shè)