基于單片機的跑馬燈課程設計

1、課程設計(論文)題 目 基于單片機的跑馬燈 學院名稱 電氣工程學院 指導教師 職 稱 班 級 學 號 學生姓名 2013年 1 月 5日摘要:單片機最小系統(tǒng)是在以STC89C52RC單片機為基礎上擴展，使其能更方便地運用于測試系統(tǒng)中。本設計主要在單片機上擴展I/O口，復位電路，晶振電路，LED顯示電路并寫好底層程序，做出能應用于跑馬燈的最小系統(tǒng)。關鍵詞：最小系統(tǒng)，STC89C52RC, 跑馬燈The smallest system one chip computer is in expands at the base of MCS-52 one chip computer，make it us

2、ed more convient in the test system. This design mainly expands I/O in the take 52 on chip computer, reset circuit, crystals circuit, the LED display circuitand writes the first floor procedure.Make for scrolling minimum system.Keyword：minimum system, AT89C52, scrolling 南華大學電氣工程學院 單片機原理及應用課程設計任務書設計題

3、目： 基于單片機的跑馬燈 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學生姓名: 學 號: 起迄日期: 2013 年12月23日 2014年1月 5日指導教師: 單片機原理及應用課程設計任務書1課程設計的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）：1.1設計題目 基于單片機的跑馬燈 1.2設計目的 1.單片機最小應用系統(tǒng)的硬件設計技能訓練； 2.ASM語言或C51語言軟件編程與調試技能訓練； 3.“下載及燒錄（固化）程序”開發(fā)技能訓練； 4.Protell軟件應用技能訓練； 1.3控制要求 按鍵及外部中斷控制二級管燈（自右向左） 1.按鍵控制16個LED燈循環(huán)自右向左依次點亮 2.間隔時間可以自行設計

4、單片機原理及應用課程設計任務書2對課程設計成果的要求包括圖表、實物等硬件要求： 1 認真閱讀課程設計任務書，熟悉有關設計資料及參考資料，熟悉各種設計規(guī)范的有關內容，認真完成任務書規(guī)定的設計內容。2 課程設計的成果為“課程設計報告”。課程設計報告內容要正確，概念要清楚，完成任務書規(guī)定的內容，附有原理圖及程序流程圖，程序清單，文字要通順，書寫要工整，設計圖紙必須符合規(guī)范。3課程設計報告含相關圖紙和計劃書等，用A4紙打印。3主要參考文獻：1 樓然苗、李光飛. 51系列單片機設計事例. 北京：北京航空航天大學出版社,20032 高吉祥.模擬電子技術.北京:電子工業(yè)出版社,2004.23 黃智偉.全國大

5、學生電子設計競賽訓練教程.北京:電子工業(yè)出版式社,2005.14 陳龍三.8051單片機C語言控制與應用; 北京:清華大大學學出版社,1999.84課程設計工作進度計劃：序號起 迄 日 期工 作 內 容12013.12.24-2013.12.25布置任務，教師講解設計方法及要求22013.12.26-2013.12.28學生查找閱讀資料，初定方案,小組會議討論并確定方案32013.12.30-2013.12.31設計及計算42013.1.1-2013.1.3仿真實驗并寫說明書，小組討論52013.1.5答辯指導教師日期： 年 1 月 5 日目錄1.緒論72.電路設計方案及功能分析 82.1 設

6、計目的82.2 設計要求8 2.3 系統(tǒng)基本方案選擇和論證82.3.1 AT89C52介紹 92.3.2 LED燈管介紹14 3.系統(tǒng)的硬件設計與實現153.1 電源供電模塊153.2復位電路163.3 晶振電路164.系統(tǒng)的軟件設計144.1跑馬燈及程序145.系統(tǒng)調試及結果分析176.總結和體會187.參考文獻188.附錄：198.1 PCB圖：198.2 程序191緒論由于單片機技術在各個領域正得到越來越廣泛的應用，世界上許多集成電路生產廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中MCS-52系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比，迅速占領了工業(yè)測控和自

7、動化工程應用的主要市場，成為國內單片機應用領域中的主流。目前，可用于MCS-52系列單片機開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便地利用現有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應用系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)是在以MCS-52單片機為基礎上擴展，使其能更方便地運用于測試系統(tǒng)中，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被測試的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數量。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，稱為在實時檢測和自動控制領域中廣泛應用的器件，在工業(yè)生產中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。本

8、畢業(yè)設計主要在STC89C52RC單片機上擴展I/O口，復位電路，晶振電路，LED顯示電路，數碼管顯示電路，蜂鳴器電路。適合于我們學生用于單片機的學習掌握和一些各種科研立項等的需求。因此，研究單片機最小系統(tǒng)有很大的實用意義。2.電路設計方案及功能分析2.1 設計目的學生在教師指導下運用所學課程的知識來研究、解決一些具有一定綜合性問題的專業(yè)課題。學習單片機課程以后，為了加深對理論知識的理解，加強理論知識在實際當中的運用，強化自己的動手能力，通過課程設計，提高學生綜合運用所學知識來解決實際問題、使用文獻資料、及進行科學實驗或技術設計的初步能力，為畢業(yè)設計打基礎。2.2 設計要求（1）采用單片機ST

9、C89C52RC做成最小系統(tǒng)來控制。（2）利用最小系統(tǒng)做出跑馬燈，其LED燈的閃爍間隔時間采用延時程序控制,每種模式可采用不同的延時，靈活多變。（3）供電采用電池供電的方式，運用穩(wěn)壓電源模塊，穩(wěn)定輸出5V電壓。2.3 系統(tǒng)基本方案選擇和論證單片機最小系統(tǒng),或者稱為最小應用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應該包括:單片機、晶振電路、復位電路、按鍵輸入、顯示輸出等。單片機接口電路主要用來連接計算機和其它外部設備。各功能模塊的選擇及論證如下: 復位電路:由電容和電阻構成,由電路圖并結合"電容電壓不能突變"的性質,可以知道,當系統(tǒng)

10、一上電,RST腳將會出現高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定.典型的51單片機當RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位,所以,適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。本設計中R=10K,C=10uF。 晶振電路:典型的晶振取11.0592MHz(因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場合)同時也可取12MHz(產生精確的微秒級時歇,方便定時操作)，因設計需要，本設計采用12M晶振。 單片機:一片AT89S51/52或其他51系列兼容單片機，本設計采用STC89C52RC。 接口電路:具有人機交互接口。具有一定的可擴展性，單片機I/O口可方便

11、地與其他電路板連接。 通過該最小系統(tǒng)，我們可以用keil軟件進行編程從而實現對一些外設的控制！比如一些簡單的實驗：閃爍燈、跑馬燈、數碼管和蜂鳴器的展示等等！2.3.1、STC89C52RC介紹 STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。主要特性如下：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)8051.2. 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

12、于普通8051的080MHz，實際工作頻率可達48MHz4. 用戶應用程序空間為8K字節(jié)5. 片上集成512字節(jié)RAM6. 通用I/O口（32個），復位后為：P1/P2/P3/P4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，數秒即可完成一片8. 具有EEPROM功能9. 具有看門狗功能10. 共3個16位定時器/計數器。即定時器T0、T1、T211. 外部中斷4路，下降沿中斷或低電

13、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12. 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現多個UART13. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）14. PDIP封裝STC89C52RC單片機的工作模式l 掉電模式：典型功耗<0.1A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序l 空閑模式：典型功耗2mAl 正常工作模式：典型功耗4Ma7mAl 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設備 圖1 STC89C52RC引腳圖STC89C52RC引腳功能說明VCC（40引腳）：電源電壓VSS（20引腳）：接地P0端

14、口（P0.0P0.7，3932引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅動8個TTL負載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數據的復用總線。此時，P0口內部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0P1.7，18引腳）：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。

15、P1口作輸入口使用時，因為有內部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（）。此外，P1.0和P1.1還可以作為定時器/計數器2的外部技術輸入（P1.0/T2）和定時器/計數器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體參見下表：在對Flash ROM編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。 P1.0和P1.1引腳復用功能引腳號功能特性P1.0T2（定時器/計數器2外部計數輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制）P2端口（P2.0P2.7，2128引腳）：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸

16、入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2作為輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（）。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行“MOVX R1”指令）時，P2口引腳上的內容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中的P2寄存器的內容），在整個訪問期間不會改變。在對Flash ROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3端口（P3.0P3.7，1017引腳）：P3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3

17、的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流（）。在對Flash ROM編程或程序校驗時，P3還接收一些控制信號。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復用功能，如下表所示： P3口引腳復用功能引腳號復用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6（外部數據存儲器寫選通）P3.7（外部數據存儲器讀選

18、通）RST（9引腳）：復位輸入。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機單片機的復位初始化操作。看門狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/（30引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數據存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址位8E

19、H的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址位8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。（29引腳）：外部程序存儲器選通信號（）是外部程序存儲器選通信號。當AT89C51RC從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而訪問外部數據存儲器時，將不被激活。/VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。注意加密方式1時，將內部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內部程序指令，應該接VCC。

20、在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。特殊功能寄存器在STC89C52RC片內存儲器中，80HFFH共128個單元位特殊功能寄存器（SFR），SFR的地址空間如下表1所示。并非所有的地址都被定義，從80HFFH共128個字節(jié)只有一部分被定義。還有相當一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數值將不確定，而寫入的數據也將丟失。不應將“1”寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復位后這些單元數值總是“0”。STC89C52

21、RC除了有定時器/計數器0和定時器/計數器1之外，還增加了一個一個定時器/計數器2.定時器/計數器2的控制和狀態(tài)位位于T2CON（見表2）和T2MOD（見表4）。定時器2是一個16位定時/計數器。通過設置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位，可將其作為定時器或計數器（特殊功能寄存器T2CON的描述如表2所列）。定時器2有3種操作模式：捕獲、自動重新裝載（遞增或遞減計數）和波特率發(fā)生器，這3種模式由T2CON中的位進行選擇（如表2所列） 2.3.2、LED燈管LED具有功耗少、壽命長、光譜寬（眼睛看得舒適度好）、使用廣泛，能靈活拼裝各種需要的形狀等優(yōu)點。一般來說LED的工作電壓是2V-3.6V

22、。工作電流是0.02-0.03A。這就是說：它消耗的電能不超過0.1W。在恰當的電流和電壓下，LED的使用壽命可達10萬小時。此外，LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕，硬件電路實現起來比較方便。因此本設計采用15個發(fā)光二級管，組合成三角形，從而控制其靈活變化，設計出展示的方案。3. 系統(tǒng)的硬件設計與實現單片機最小系統(tǒng)主要由電源、復位、振蕩電路以及擴展部分等部分組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖3所示。 圖3 原理圖3.1 電源供電模塊圖3.2電源模塊圖對于一個完整的電子設計來講，首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的前提和基礎。

23、51單片機雖然使用時間最早、應用范圍最廣，但是在實際使用過程中，一個和典型的問題就是相比其他系列的單片機，51單片機更容易受到干擾而出現程序跑飛的現象，克服這種現象出現的一個重要手段就是為單片機系統(tǒng)配置一個穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計算機的USB口供給，也可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給。如圖3.2本設計通過模塊外接US口供電。 3.2 復位電路 圖3.3 復位電路圖單片機的置位和復位，都是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)，一般來說，單片機復位電路作用是把一個例如狀態(tài)機初始化到空狀態(tài)，而在單片機內部，復位的時候單片機是把一些寄存器以及存儲設備裝入廠商預

24、設的一個值。單片機復位電路原理是在單片機的復位引腳RST上外接電阻和電容，實現上電復位。當復位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復位有效。復位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。具體數值可以由RC電路計算出時間常數。3.3 晶振電路 圖3.4 晶振電路圖單片機系統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結合單片機內部電路產生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內調整頻

25、率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。AT89C52使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機內部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。4. 系統(tǒng)的軟

26、件設計4.1跑馬燈及程序此設計主要是采用控制系統(tǒng)的定時中斷來完成的，應為設計要求16LED燈循環(huán)點亮，而且第一圈為1盞燈依次點亮，第二圈為2盞燈依次點亮，直到7盞燈依次點亮。按下復位鍵即可返回到第一圈。具體程序見附錄。5. 系統(tǒng)調試及結果分析本設計整體采用芯片較少，線路少，又標準板，謹慎按照電路圖焊好元件后，檢測電路全部正常，不存在虛焊或漏焊，焊錯。應用Keil C51根據設計要求編寫出程序后，調試中出現符號錯誤及無用編碼，根據提示改進后最終成功編寫出所要求的程序，并用仿真程序調用后得到預期效果。采用STC-ISP燒寫軟件進行程序燒寫，開始不能下載，經檢查串口線出現問題，另換串口線后，成功下載

27、軟件到單片機。6.總結和體會經過努力，我終于完成這次最小系統(tǒng)的的課程設計任務。在這次的單片機課程設計中我感覺受益匪淺，不用說我在其中學到的新知識是多么有價值，也不用說它拓寬了我多少的眼界，只是說它讓我的能力得到了提高就已足以成為我努力付出的回報。通過課程設計，我增強了對單片機的理解，學會查尋資料比較方案，學會單片機的設計計算；進一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析解決程序編寫問題的實際本領，真正實現由課本知識向實際能力的轉化；通過典型程序的設計與制作，加深對基本原理的了解，增強了實踐能力。7.參考文獻 【1】模擬電子技術基礎(第4版)（作者：華成英，

28、童詩白）出版社:高等教育出版社【2】單片機原理與接口技術（修訂版）（作者：趙嘉蔚，張家棟，霍凱）出版社：清華大學出版社 【3】譚浩強.C程序設計.出版社:清華大學出版社（第三版），2005年7月 【4】潘明蓮.為計算機原理（第二版）.出版社:電子工業(yè)出版社，2003年9月 【5】譚博學.集成電路原理及應用（第三版）.出版社:電子工業(yè)出版社，2001年6月 【6】單片機原理及應用.出版社:西安電子科技大學出版社8.附錄：8.1 PCB圖8. 2 程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uint unsigned int#

29、define uchar unsigned charsbit key=P10;sbit led1=P00;sbit led2=P01;sbit led3=P02;sbit led4=P03;sbit led5=P04;sbit led6=P05;sbit led7=P06;sbit led8=P07;sbit led9=P20;sbit led10=P21;sbit led11=P22;sbit led12=P23;sbit led13=P24;sbit led14=P25;sbit led15=P26;sbit led16=P27;uchar ji=0xfe;uchar aa,bb;void delayms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);void keyscan()if(key=0)delayms(10);if(key=0)ji=ji+1;while(!key);void main() aa=ji;/* bb=0xfc; while(1) keyscan(); if(aa!=ji)aa=ji;P2=aa;delayms(500);aa=_crol_(aa,1)