單片機實驗報告花樣流水燈

1、 電子工藝學考試作品報告作品名稱： 花樣流水燈 姓 名： 專業(yè)班級： 電信1105 學 號： 中南大學物理與電子學院目 錄第一章 系統(tǒng)整體概述第二章 硬件設(shè)計第三章 軟件設(shè)計第四章 調(diào)試與分析第五章 制作感受 【摘要】 當今時代的智能控制電子技術(shù)，給人們的生活帶來了方便和舒適，而每到晚上五顏六色的霓虹燈則把我們的城市點綴得格外迷人，為人們生活增添了不少色彩。 制作流水燈的方法有很多種，有傳統(tǒng)的分立元件，由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)和單片機智能控制系統(tǒng)等。本設(shè)計介紹一種簡單實用的單片機花樣流水燈設(shè)計與制作，采用基于單片機AT89C52和發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路以及必要的軟件組成的以AT

2、89C52為核心，輔以簡單的數(shù)碼管等設(shè)備和必要的電路，設(shè)計了一款簡易的流水燈電路板，并編寫簡單的程序，使其能夠自動工作。 本設(shè)計用AT89C52單片機為核心自制一款簡易的花樣流水燈，并介紹了其軟件編程仿真及電路焊接實現(xiàn)，在實踐中體驗單片機的自動控制功能。該設(shè)計具有實際意義，可以在廣告業(yè)、媒體宣傳、裝飾業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 關(guān)鍵字：AT89C52 單片機 流水燈 數(shù)碼管 AT89C52單片機概述 AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦 寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度

3、、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程。 第一章、系統(tǒng)整體概述設(shè)計內(nèi)容和目的1）簡單I/O引腳的輸出 2）掌握軟件延時編程方法 3）簡單按鍵輸入捕獲判斷在AT89S52-開發(fā)板上實現(xiàn)16個發(fā)光LED“流水”的現(xiàn)象，并通過編寫程序控制流水現(xiàn)象。 硬件設(shè)計電路的元件清單器件名稱數(shù)量AT89C521開關(guān)1USB接口110K電阻11K電阻貼片16電容1

4、0uF1電容22pF2LED燈16晶振1 第二章、硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用STC89C52單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，16個發(fā)光二極管按一定順序點亮。2.2 主控制部分STC89C52單片機簡介1 STC89C52實物圖，管腳圖STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用

5、系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。2 特

6、性分析STC89C52RC單片機:8K字節(jié)程序存儲空間；512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間；內(nèi)帶2K字節(jié)EEPROM存儲空間;可直接使用串口下載；AT89S52單片機:8K字節(jié)程序存儲空間；256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間；沒有內(nèi)帶EEPROM存儲空間;3 參數(shù)1. 增強型8051單片機，6 時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.22. 工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V 單片機）3.工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051 的080MHz，實際工作 頻率可達48MHz4. 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5. 片上集成512 字節(jié)RAM6.

7、 通用I/O 口（32 個），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片8. 具有EEPROM 功能9. 共3 個16 位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T210.外部中斷4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11. 通用異步串行口（UART），還可用定時

8、器軟件實現(xiàn)多個UART12. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）13. PDIP封裝2.2.2 51單片機的串行接口工作方式51單片機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串行接口與單片機的連接 2.3其它器件晶體振蕩器簡介器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振1；而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶

9、體振蕩器。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。主要參數(shù)參數(shù)基本描述頻率準確度在標稱電源電壓、標稱負載阻抗、基準溫度（25）以及其他條件保持不變，晶體振蕩器的頻率相對與其規(guī)定標稱值的最大允許偏差，即（fmax-fmin）/f0；溫度穩(wěn)定度其他條件保持不變，在規(guī)定溫度范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率的最大變化量相對于溫度范圍內(nèi)輸出頻率極值之和的允許頻偏值，即（fmax-fmin）/（fmax+fmin）；頻率調(diào)節(jié)范圍通過調(diào)節(jié)晶振的某可變元件改變輸出頻率的范圍。調(diào)頻（壓控）特性包括調(diào)頻頻偏、調(diào)頻靈敏度、調(diào)頻線性度。調(diào)頻頻偏：壓控晶體振蕩器控制電壓由標稱的最大值變化到最小值時輸出頻率差。

10、調(diào)頻靈敏度：壓控晶體振蕩器變化單位外加控制電壓所引起的輸出頻率的變化量。調(diào)頻線性度：是一種與理想直線（最小二乘法）相比較的調(diào)制系統(tǒng)傳輸特性的量度。負載特性其他條件保持不變，負載在規(guī)定變化范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率相對于標稱負載下的輸出頻率的最大允許頻偏。電壓特性其他條件保持不變，電源電壓在規(guī)定變化范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率相對于標稱電源電壓下的輸出頻率的最大允許頻偏。雜波輸出信號中與主頻無諧波（副諧波除外）關(guān)系的離散頻譜分量與主頻的功率比，用dBc表示。諧波諧波分量功率Pi與載波功率P0之比，用dBc表示。頻率老化在規(guī)定的環(huán)境條件下，由于元件（主要是石英諧振器）老化而引起的輸出頻率隨時間的系統(tǒng)漂移

11、過程。通常用某一時間間隔內(nèi)的頻差來量度。對于高穩(wěn)定晶振，由于輸出頻率在較長的工作時間內(nèi)呈近似線性的單方向漂移，往往用老化率（單位時間內(nèi)的相對頻率變化）來量度。日波動指振蕩器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)熱時間后，每隔一小時測量一次，連續(xù)測量24小時，將測試數(shù)據(jù)按S=（fmax-fmin）/f0式計算，得到日波動。開機特性在規(guī)定的預(yù)熱時間內(nèi)，振蕩器頻率值的最大變化，用V=（fmax-fmin）/f0表示。相位噪聲短期穩(wěn)定度的頻域量度。用單邊帶噪聲與載波噪聲之比£（f）表示，£；（f）與噪聲起伏的頻譜密度S（f）和頻率起伏的頻譜密度Sy（f）直接相關(guān)，由下式表示：f2S（f）=f02Sy（f）

12、=2f2£；（f）f傅立葉頻率或偏離載波頻率；f0載波頻率。工作原理計算機都有個計時電路，盡管一般使用“時鐘”這個詞來表示這些設(shè)備，但它們實際上并不是通常意義的時鐘，把它們稱為計時器(timer）可能更恰當一點。計算機的計時器通常是一個精密加工過的石英晶體，石英晶體在其張力限度內(nèi)以一定的頻率振蕩，這種頻率取決于晶體本身如何切割及其受到張力的大小。有兩個寄存器與每個石英晶體相關(guān)聯(lián)，一個計數(shù)器（counter）和一個保持寄存器（holdingregister）。石英晶體的每次振蕩使計數(shù)器減1。當計數(shù)器減為0時，產(chǎn)生一個中斷，計數(shù)器從保持計數(shù)器中重新裝入初始值。這種方法使得對一個計時器進行

13、編程，令其每秒產(chǎn)生60次中斷（或者以任何其它希望的頻率產(chǎn)生中斷）成為可能。每次中斷稱為一個時鐘嘀嗒（clocktick）。晶振在電氣上可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯(lián)諧振，較高的頻率為并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。

14、晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。一般的晶振的負載電容為15p或12.5p，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。2.4最小系統(tǒng)介紹1.51單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用1030uF，51單片機最小系統(tǒng)容

15、值越大需要的復(fù)位時間越短。 2.51單片機最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。 3.51單片機最小系統(tǒng)起振電容C2、C3一般采用1533pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好 4. P0口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為10k。其他接口內(nèi)部有上拉電阻，作為輸出口時不需外加上拉電阻。 設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tc

16、y就是定時時間t。 5. 設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2 ms。 6. 標識符號地址寄存器名稱 P3 0B0H I/O口3寄存器 7. PCON 87H 電源控制及波特率選擇寄存器 8. SCON 98H 串行口控

17、制寄存器 9. SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器 10. TCON 88H 定時控制寄存器 11. TMOD 89H 定時器方式選擇寄存器 12. TL0 8AH 定時器0低8位 13. TH0 8CH 定時器0高8位 14. TL1 8BH 定時器1低8位 15. TH1 8DH 定時器1高8位 原理圖Pcb圖實物圖第三章 軟件設(shè)計源程序/* 名稱：花樣流水燈說明：16只LED分兩組按預(yù)設(shè)的多種花樣變換顯示*/ #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar code Pattern_P1= 0xf

18、c,0xf9,0xf3,0xe7,0xcf,0x9f,0x3f,0x7f,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff, 0xe7,0xdb,0xbd,0x7e,0xbd,0xdb,0xe7,0xff,0xe7,0xc3,0x81,0x00,0x81,0xc3,0xe7,0xff, 0xaa,0x55,0x18,0xff,0xf0,0x0f,0x00,0xff,0xf8,0xf1,0xe3,0xc7,0x8f,0x1f,0x3f,0x7f, 0x7f,0x3f,0x1f,0x8f,0xc7,0xe3,0xf1,0xf8,0xff,0x00,0x00,0xff,

19、0xff,0x0f,0xf0,0xff, 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff, 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe, 0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

20、x00,0x00,0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe, 0x00,0xff,0x00,0xff,0x00,0xff,0x00,0xff ; uchar code Pattern_P2= 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfc,0xf9,0xf3,0xe7,0xcf,0x9f,0x3f,0xff, 0xe7,0xdb,0xbd,0x7e,0xbd,0xdb,0xe7,0xff,0xe7,0xc3,0x81,0x00,0x81,0xc3,0xe7,0xff, 0xaa,0x55,0x18,0xff,0xf0,0x0

21、f,0x00,0xff,0xf8,0xf1,0xe3,0xc7,0x8f,0x1f,0x3f,0x7f, 0x7f,0x3f,0x1f,0x8f,0xc7,0xe3,0xf1,0xf8,0xff,0x00,0x00,0xff,0xff,0x0f,0xf0,0xff, 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f, 0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff, 0xff

22、,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00, 0x00,0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff, 0x00,0xff,0x00,0xff,0x00,0xff,0x00,0xff ; /延時void DelayMS(uint x) uchar i; while(x-) for(i=0;i120;i+); /主程序void main() uchar i; while(1) /從數(shù)組中

23、讀取數(shù)據(jù)送至P0和P2口顯示for(i=0;i136;i+) P1=Pattern_P1i; P2=Pattern_P2i; DelayMS(100); 四 、調(diào)試與分析 此次實驗我經(jīng)過了多次修改才最終取得成功。首先，我先查閱了大量的書籍，及百度了一些前人的設(shè)計作為參考，然后完成了自己的原理圖。然后用電腦畫pcb板，嘗試了好幾種布線，由于是雙面板，所以布線相對比單面要容易一些。畫好pcb板，然后去604洗板子，由于時值期末高峰期，人非常之多，等了大約30分鐘，才輪到我洗。由于洗的次數(shù)不多，不知道顯影劑的量，導致最后洗的板子上面的綠線有好多缺口，十分不美觀，而且在連接電路時，我見其中有好多處的銅

24、線好像是斷裂的，為了實驗?zāi)軌蛞徊匠晒?，我用萬用表把自己的線一個一個的檢測了一遍，結(jié)果果然發(fā)現(xiàn)了有兩塊斷路。最終用烙鐵小心翼翼的把它焊接好。之后在焊接元器件時，由于有幾條線非常密集，導致焊接后連到一起了，形成了新的連通，這是肯定會出錯的。而且稍有不慎，可能會燒到器件，甚至可能有安全方面的問題。于是我找來了那個吸焊器，找旁邊的同學配合了一下，成功地把不該有的連同弄斷了。之后在把程序?qū)氲絾纹瑱C后，第一次調(diào)試時發(fā)光2級管一個都沒亮，這時，我料想肯定是設(shè)計圖失誤了，而且肯定是一個比較大的失誤，要不然不可能一個燈都不亮，于是我仔細檢查，發(fā)現(xiàn)原來是發(fā)光二極管正負極全接反了，于是我仔細把錫吸走，把燈全部變過

25、來，最終試驗成功了，完成了預(yù)期的變化。第五章、制作感受這次期末設(shè)計讓我受益匪淺。通過這次設(shè)計我對自己在本學期里所學的知識得到了回顧，并充分發(fā)揮對所學知識的理解和對畢業(yè)設(shè)計的思考及書面表達能力，最終完成了這份實驗報告。撰寫實驗的過程也是專業(yè)知識的學習過程，它使我運用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進行設(shè)計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓練。培養(yǎng)了我運用所學知識解決實際問題的能力。通過這次設(shè)計我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了，才能夠?qū)⒄n本知識與實踐相整合，理論知識服務(wù)于教學實踐，以增強自己的動手能力。這個設(shè)計十分有意義 我獲得很深刻的經(jīng)驗。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我們知道了理論和實際的距離

26、，也知道了理論和實際想結(jié)合的重要性，也從中得知了很多書本上無法得知的知識。我們的學習不但要立足于書本，以解決理論和實際教學中的實際問題為目的，還要以實踐相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，學生自己就是一個專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學習就應(yīng)該采取理論與實踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強我們的動手能力和解決問題的能力。這次花樣流水燈的設(shè)計作為自己在大學里做的第二件實際的東西，使自己受益很多。以前總是感覺單片機的書本設(shè)計都是很簡單的樣子，以為實際很簡單，但是當自己做的時候才發(fā)現(xiàn)，自己動起手來并不是那么的容易。首先為了使畫出來的板子美觀。只是畫圖布局就思考了好久。最頭疼的是電路的調(diào)試過程，真的需要很大的耐心，當看著自己辛辛苦苦做出的作品沒有它本來應(yīng)有的功能時，有很大的挫敗感。但這更培養(yǎng)了自己的耐心與決心