單片機(jī)課程方案設(shè)計(jì)書(shū)(節(jié)日彩燈控制)

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit ），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。本文以AT89C51 單片機(jī)為控制核心，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用LED 彩燈、按鍵等組成電路，實(shí)現(xiàn)彩燈在開(kāi)啟時(shí)滿足不

2、一樣的閃亮方法。按鍵可以在彩燈使用的時(shí)候選擇不同的亮法，使彩燈變化多樣，鍵一可以使彩燈依次循環(huán)點(diǎn)亮，健二可以使彩燈從左到又從右到左循環(huán)點(diǎn)亮，三號(hào)鍵使兩端滅，中間亮，再對(duì)半交替亮，然后再奇偶亮。通過(guò)按鍵能方便使用者選擇不同樣的亮法。2.設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)要求單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)日彩燈控制器：P1.2 開(kāi)始，按此鍵則燈開(kāi)始流動(dòng)（由上而下）。P1.3 停止，按此鍵則停止流動(dòng)，所有燈為暗。P1.4 上，按此鍵則燈由上向下流動(dòng)。P1.5 下，按此鍵則燈由下向上流動(dòng)。1.2設(shè)計(jì)思路由按鍵控制功能的流水燈，LED 工作的方式通過(guò)鍵盤的掃描實(shí)現(xiàn)。其中的LED 采取共陽(yáng)極接法，通過(guò)依次向連接LED 的

3、 /口送出低電平，可實(shí)現(xiàn)題目要求的功能。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹的彩燈控制電路的基本組成，可以確定彩燈控制器應(yīng)由振蕩電路、計(jì)數(shù)/時(shí)序分配電路、移位位寄存器和彩燈顯示五部分組成。其框圖如圖1-1所示。振蕩電路控計(jì)譯制數(shù)碼LED 顯示電器器電路路圖 1彩燈循環(huán)控制器硬件框圖1.3電路設(shè)計(jì)（ Proteus 仿真通過(guò)）本節(jié)日彩燈控制器電路原理圖，如下圖所示，各按鍵功能與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求相同：第1頁(yè)共9頁(yè)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)2.代碼設(shè)計(jì) :代碼使用keil uvision4 軟件編輯，并編譯為HEX 文件。ORG0000HAJMPSTARTORG0030HSTART:MOVP0,#0FFHMOV

4、A,#0FEHJNBP1.2,LOOPJNBP1.3,LOOP1JNBP1.4,LOOP2JNBP1.5,LOOP3AJMPSTART第2頁(yè)共9頁(yè)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)LOOP:MOVP0,ALCALLDELJNBP1.3,LOOP1RLAAJMPLOOPLOOP1:MOVP0,#0FFHJNBP1.4,LOOP2JNBP1.5,LOOP3AJMPLOOP1LOOP2:JNBP1.2,LOOPJNBP1.3,LOOP1JNBP1.5,LOOP3MOVP0,ALCALLDELRLAAJMPLOOP2LOOP3:JNBP1.2,LOOPJNBP1.3,LOOP1JNBP1.4,LOOP

5、2MOVP0,ALCALLDELRRAAJMPLOOP3DEL:MOVR5,#02HDEL1:MOVR6,#0F0HDEL2:MOVR7,#0F0H第3頁(yè)共9頁(yè)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)DEL3:DJNZR7, DEL3DJNZR6, DEL2DJNZR5, DEL1RETEND3AT89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)AT89C51 是一種低功耗/低電壓、 高性能的八位CMOS 單片機(jī)， 片內(nèi)有一個(gè)4KB 的 FLASH 可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ），它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的

6、高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC 51 兼容。片內(nèi)置通用8 位中央處理器（CPU）和 FLASH 存儲(chǔ)單元，片內(nèi)的存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程。因此，AT89C51 是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。3.1主要特性(1) 與 MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容(2)4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器(3) 壽命： 1000 寫/擦循環(huán)(4) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年(5) 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz(6) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定(7)128*8 位內(nèi)部 RAM(8)32 可編程 I/O 線(9) 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /

7、計(jì)數(shù)器(10)6 個(gè)中斷源(11)可編程串行通道(12)低功耗的閑置和掉電模式另外， AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到零并提供兩種軟件的省電方式-空閑方式和掉電方式。在空閑方式中，CPU 停止工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被 “凍結(jié) ”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM 中的內(nèi)容，直到下次硬件復(fù)位為止。3.2管腳說(shuō)明VCC （ 40）：供電電壓，其工作電壓為5V 。GND （ 20）：接地。P0 端口（ P0.0-P0.7）：P0 口為一個(gè)8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0

8、 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。P1 端口（ P1.0-P1.7）： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入1 后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平第4頁(yè)共9頁(yè)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。P2 端口（ P2.0-P2.7）：P2 口為一

9、個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1時(shí)”，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1時(shí)”，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3 端口（ P3.0-P3.7）： P3 口管腳是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位的

10、雙向I/O 端口，可接收輸出4 個(gè)TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “ 1后”，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入端時(shí)，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL ）。P3 口也可作為AT89C51 的一些特殊功能口，如下表1 所示。表 1 P3 端口引腳兼用功能表端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）_P3.2INT( 0 外中斷0）_P3.3INT( 1外中斷1）P3.4T0（定時(shí) /計(jì)數(shù) 0)P3.5T1(定時(shí) /計(jì)數(shù) 1)P3.6_外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)(WR_P3.7(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)RDP3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收

11、一些控制信號(hào)。復(fù)位 RST(9) ：復(fù)位輸入。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P3.0-P3.7口均置1，引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為ROM 的 00H 處開(kāi)始運(yùn)行程序。復(fù)位操作不會(huì)對(duì)內(nèi)部RAM 有所影響。ALE/(30)：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。

12、因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在SFR8EH 地址上置0。此時(shí)，ALE 只有在執(zhí)行MOVX ，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微第5頁(yè)共9頁(yè)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE 禁止，置位無(wú)效。(29)：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP(31) ：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH ），不管是否有

13、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1 時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP）。XTAL1(19) ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2(18) ：來(lái)自反向振蕩器的輸出。其引腳圖如圖3.1 所示。圖 2.2 AT89C51 引腳圖4Proteus 仿真加載目標(biāo)代碼文件 打開(kāi)元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ ProgramFile 欄”中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “keil-1.hex ”；在 “Clock Frequency 欄”中輸入晶振頻率為 12MHz 。啟動(dòng)仿真如下頁(yè)圖所示:P

14、1.2開(kāi)始，按此鍵則燈開(kāi)始流動(dòng)（由上而下）。第6頁(yè)共9頁(yè)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)P1.3 停止，按此鍵則停止流動(dòng)，所有燈為暗。P1.4上，按此鍵則燈由上向下流動(dòng)。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)P1.5下，按此鍵則燈由下向上流動(dòng)。5 結(jié)論經(jīng)過(guò)幾天的努力，終于完成了本學(xué)期的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，過(guò)程雖是辛苦的，但從中我學(xué)到了很多東西。首先鞏固了課上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，對(duì)于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言的系統(tǒng)化整體化有了更深的認(rèn)識(shí)。在編寫程序的過(guò)程中遇到了很多困難經(jīng)過(guò)反復(fù)修改不斷修正最終才能得以執(zhí)行。再次是經(jīng)過(guò)搜集資料基本了解了proteus 軟件的使用。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程最大的收獲就是意識(shí)到理論知識(shí)扎實(shí)的重要性，實(shí)第8頁(yè)共9頁(yè)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)踐是建立在理論之上的。參考文獻(xiàn)1 何立民單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 J 基于 HCS12 的小車智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2007，(3) ：51-53