單片機(jī)課程方案設(shè)計(jì)書(shū)led流水燈方案設(shè)計(jì)書(shū)報(bào)告

1、1.111.2122.122.2233.1AT89C5133.253.3554.164.264.364.474.5785.185.295.39111213第一章前言1.1 課題簡(jiǎn)介單片機(jī)全稱(chēng)叫單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer） ,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，

2、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(chē)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(zhuān)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

3、流水線(xiàn)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)控制系統(tǒng)等。3.在家用電器中的應(yīng)用可從手機(jī)，電話(huà)機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線(xiàn)通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話(huà)，集群移動(dòng)通信，無(wú)線(xiàn)電對(duì)講機(jī)等。5.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。6.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(lèi)似于計(jì)算機(jī)的原理。本設(shè)計(jì)著重在于分析計(jì)算器軟件和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的環(huán)節(jié)和步驟，并從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)對(duì)計(jì)算器設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析和研究。本系統(tǒng)就是充

4、分利用了 8051 芯片的 I/O 引腳。系統(tǒng)以采用 MCS-51 系列單片機(jī) Intel8051 為中心器件來(lái)設(shè)計(jì) LED 流水燈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 8 個(gè) LED 霓虹燈的左、右循環(huán)顯示，并實(shí)現(xiàn)循環(huán)的速度可調(diào)。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。2電路具有控制彩燈點(diǎn)亮右移、左移、全亮及全滅等功能（用按鍵切換彩燈狀態(tài)）3、彩燈兩點(diǎn)移動(dòng)時(shí)間間隔為0.5 秒。二 、總體設(shè)計(jì)思路2.1 設(shè)計(jì)思路本

5、課題使用 AT89C51 單片機(jī)時(shí)無(wú)須外擴(kuò)存儲(chǔ)器。因此，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)榈碗娖骄涂梢粤?；相反，如果要接?P1.7 口的其他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P1.17 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LED1 LED8 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)

6、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。在此基礎(chǔ)上，增加外擴(kuò)設(shè)備，利用74LS373 和 8255 擴(kuò)展成 24 個(gè) LED 燈循環(huán)顯示。2.2.原件清單元件名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量 /個(gè)用途單片機(jī)AT89S511控制核心晶振12MHZ1晶振電路電容30pF2晶振電路電阻Respack88上位電阻電阻10k4開(kāi)關(guān)電阻電阻10k1復(fù)位電路電源+5v1提供電源撥碼開(kāi)關(guān)BUTTON4發(fā)出信號(hào)數(shù)碼管7SEG-MPX1-CC8顯示電路三、硬件設(shè)計(jì)3.1AT89C511.芯片由

7、UNTITLED ISISPROFESSIONAL實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供（AT89C51 ）1）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：0Hz 24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32 可編程I/O線(xiàn)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?！盤(pán)1 口： I/O雙向口。作輸入口時(shí)，

8、應(yīng)先軟件置“ 1。”P(pán)2 口： I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1?！盤(pán)3 口： I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1?！笨刂埔_：RST 、ALE/-PROG 、-PSEN、 -EA/Vpp 組成了 MSC-51 的控制總線(xiàn)。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。-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/

9、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(fǎng)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(xiàn)，在訪(fǎng)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

10、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(fǎng)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(fǎng)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(zhuān)用寄存器(SFR) 區(qū)中的 P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪(fǎng)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。

11、 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 ）。（ 2）排阻的作用所謂排阻就是若干個(gè)參數(shù)完全相同的電阻，它們的一個(gè)引腳都連到一起，作為公共引腳。其余引腳正常引出。所以如果一個(gè)排阻是由n 個(gè)電阻構(gòu)成的，那么它就有n+1 只引腳，一般來(lái)說(shuō)，最左邊的那個(gè)是公共引腳。它在排阻上一般用一個(gè)色點(diǎn)標(biāo)出來(lái)。排阻一般應(yīng)用在數(shù)字電路上，比如：作為某個(gè)并行口的上拉或者下拉電阻用。使用排阻比用若干只固定電阻更方便。3 2、系統(tǒng)框

12、圖開(kāi)始讀入四個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)判斷開(kāi)關(guān)狀態(tài)燈燈燈左右全移移亮點(diǎn)點(diǎn)亮亮燈流動(dòng)運(yùn)行或全亮全滅圖 13 3、程序框圖開(kāi)關(guān)AT89C5 單片機(jī)輸入四 、設(shè)計(jì)步驟4.1 硬件設(shè)計(jì)無(wú)輸入燈全滅流水燈硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)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AT89S51 單片機(jī)為主控單元。顯示部分：8 個(gè) LED 燈循環(huán)亮滅。4.2 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

13、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)格地按時(shí)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 24.3 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 34.4 控制電路控制電路用于控制工作電路

14、的工作情況，根據(jù)要求來(lái)控制電路，本電路的控制電路用來(lái)控制流水燈的工作情況，當(dāng)按下1、 2、 3、4 各個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)，電路具有左移、右移、全亮、全沒(méi)的功能，具體的控制電路如下：R14R15R16R1710k10k10k10k圖 44.5 工作電路1） 工作電路就是根據(jù)總的電路的指令，來(lái)反應(yīng)工作情況。本電路的流水燈電路具體的如下：D1VCCR2220LED-YELLOW圖 52）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：R10R11R12R1310k10k10k10kC1C230PF30PFGNDX1U119XTAL1P0.0/AD039P0.1/AD13837CRYSTAL 18P0.2/A

15、D2VCCXTAL2P0.3/AD336P0.4/AD4 35C3P0.5/AD5 34P0.6/AD6339RSTP0.7/AD7321nFP2.0/A821R1P2.1/A92229P2.2/A1023PSENP2.3/A112410k3025ALEP2.4/A1231EAP2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A15281P1.0P3.0/RXD102P1.1P3.1/TXD113P1.2P3.2/INT0 124P1.3P3.3/INT1 135P1.4P3.4/T0146P1.5P3.5/T115716P1.6P3.6/WR8P1.7P3.7/RD17AT89C51D1VC

16、CR2圖 6五、軟件設(shè)計(jì)5.1 設(shè)計(jì)要求220LED-YELLOW本系統(tǒng)的功能就時(shí)實(shí)現(xiàn)流水燈的循環(huán)點(diǎn)亮，主要有四個(gè)功能，第一，按下第一個(gè)按鈕，彩燈向上點(diǎn)亮循環(huán)，按下第二個(gè)，彩燈向下循環(huán)點(diǎn)亮，按下第三個(gè)，彩燈全亮，按下第四個(gè)，彩燈全滅。彩燈用8 個(gè)發(fā)光二極管代替。電路具有的控制彩燈點(diǎn)亮右移、左移、全亮及全滅的功能用按鍵切換彩燈狀態(tài)，彩燈兩點(diǎn)移動(dòng)時(shí)間間隔為0.5 秒。5.2、軟件的流程圖：開(kāi)始讀入四個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)判斷開(kāi)關(guān)狀態(tài)燈燈左右移移點(diǎn)點(diǎn)亮亮燈流動(dòng)運(yùn)行或全亮全滅圖 75.3、程序設(shè)計(jì)無(wú)輸入燈燈全全亮滅ORG 0000H。單片機(jī)上電后從00000H 地址執(zhí)行AJMP START。跳轉(zhuǎn)到主程序存放地指

17、出ORG 0030H。設(shè)置主程序開(kāi)始地址START:MOV SP,#60H。設(shè)置堆棧起始地址為60HMOV DPTR,#TAB。把 TAB 表首地址送入DPTRSTART1:JNB P0.0,LOOP1 。判斷 P0.0 處開(kāi)關(guān)是否閉合JNB P0.1,LOOP2 。判斷 P0.1 處開(kāi)關(guān)是否閉合JNB P0.2,LOOP3 。判斷 P0.2 處開(kāi)關(guān)是否閉合JNB P0.3,LOOP4 。判斷 P0.3 處開(kāi)關(guān)是否閉合AJMP START1。如果沒(méi)有開(kāi)關(guān)閉合重新檢測(cè)LOOP1:CLR A。累加器清零MOVC A,A+DPTR。取數(shù)值表中的數(shù)CJNE:A,#11111111B,SHOW1 。檢查

18、左移結(jié)束標(biāo)志AJMP START。左移結(jié)束重新檢測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)SHOW1:MOV P1,A。將數(shù)據(jù)送到P1 口ACALL DELAY。調(diào)用延時(shí)子程序INC DPTR。取數(shù)據(jù)表指針指向下一數(shù)據(jù)AJMP LOOP1。繼續(xù)查表取數(shù)據(jù)LOOP2:MOV A,#09H。設(shè)定累加器的初始值MOVC A,A+DPTR。取數(shù)值表中的數(shù)CJNE A,#00000000B,SHOW2 。檢查右移結(jié)束標(biāo)志AJMP START。右移結(jié)束重新檢查開(kāi)關(guān)狀態(tài)SHOW2:MOV P1,A。將數(shù)據(jù)送到P1 口ACALL DELAY。調(diào)用延時(shí)子程序INC DPTR。取數(shù)據(jù)表指針指向下一數(shù)據(jù)AJMP LOOP2。繼續(xù)查表取數(shù)據(jù)LOOP

19、3:MOV A,#08H。設(shè)定累加器初始值MOVC A,A+DPTR。取數(shù)值表中的數(shù)MOV P1,A。將數(shù)據(jù)送到P1 口AJMP START。全滅結(jié)束重新檢測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)LOOP4:MOV A,#11H。設(shè)定累加器初始值MOVC A,A+DPTR。取數(shù)值表中的數(shù)MOV P1,A。將數(shù)據(jù)送到P1 口AJMP START。全滅結(jié)束重新檢測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)DELAY:MOV R0,#10。延時(shí)一段時(shí)間D0:MOV R1,#200D1:MOV R2,#123NOPD2:DJNZ R2,D2DJNZ R1,D1DJNZ R0,D0RET。子程序返回TAB:DB 11111110BDB 11111101BDB 111

20、11011BDB 11110111BDB 11101111BDB 11011111BDB 10111111BDB 01111111BDB 11111111BDB 01111111BDB 10111111BDB 11011111BDB 11101111BDB 11110111BDB 11111011BDB 11111101BDB 11111110BDB 00000000BEND。程序結(jié)束六、軟件調(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

21、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。此系統(tǒng)可以改進(jìn)為可以通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)的調(diào)節(jié)來(lái)控制流水燈電路具有控制彩燈點(diǎn)亮右移、左移、全亮及全滅等功。七、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，計(jì)算器的設(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。一方面通過(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；另一方面在用Proteus軟件畫(huà)電路圖時(shí)，然后再轉(zhuǎn)換成一維的WORD 中進(jìn)行編輯，這個(gè)過(guò)程中讓我掌握了計(jì)算機(jī)輔助的設(shè)計(jì)技術(shù)。當(dāng)然，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。需要的是細(xì)心和耐心。在很大程度上培養(yǎng)了我拼搏的工作精神。使我受益匪淺，更加明確了自己專(zhuān)業(yè)的方向。通過(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