花樣流水燈設(shè)計

1、 單片機(jī)課程設(shè)計 課 程 單片機(jī)課程設(shè)計 題 目 花樣流水燈 院 系 電氣工程及其自動化系 專業(yè)班級 1112班 學(xué)生姓名 溫億鋒 學(xué)生學(xué)號 201111631227 指導(dǎo)教師 張瑛 2014年 6月 15日一丶任務(wù) 設(shè)計一款以AT89C51單片機(jī)作為主控核心，按鍵控制電路、流水燈顯示電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)等模塊組成的核心主控制電路。二丶設(shè)計要求 通過發(fā)光二極管顯示不同的花樣（至少有六種花樣），并且可以通過按鍵來控制流水燈的速度。三丶設(shè)計方案本方案主要是通過對基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的LED流水燈循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計，來達(dá)到本設(shè)計的要求。其硬件構(gòu)成框圖如下圖所示，以單片機(jī)為核心控制，由單片機(jī)最

2、小系統(tǒng)（時鐘電路、復(fù)位電路、電源）、按鍵控制電路、LED發(fā)光二極管和5V直流電源組成。AT89C51單片機(jī)時鐘電路復(fù)位電路按鍵控制電路直流5V電源電路LED流水燈單片機(jī)流水燈循環(huán)控制系統(tǒng)硬件框圖此設(shè)計方案中單片機(jī)的P1口接5路按鍵控制電路，實現(xiàn)流水燈花型的切換功能；單片機(jī)的P3.7引腳接上一個按鈕開關(guān)以實現(xiàn)對流水燈閃爍頻率的控制，即實現(xiàn)了快慢兩種節(jié)拍實現(xiàn)花型的變換；單片機(jī)上的P2口接八路LED發(fā)光二極管組成流水燈電路，顯示流水燈循環(huán)情況。四丶系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 直流穩(wěn)壓電源電路對于一個完整的電子設(shè)計來講，首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源電路的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的前提和基礎(chǔ)。電子

3、設(shè)備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電。通過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后，得到穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備的重要組成部分。本項目直流穩(wěn)壓電源為+5V。 直流穩(wěn)壓電源的制作一般有3種制作形式，分別是分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電源、線性集成穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。下圖為穩(wěn)壓電源采用的是三端集成穩(wěn)壓器7805構(gòu)成的正5V直流電源。三端固定式集成穩(wěn)壓電源電路圖AT89C51單片機(jī)的工作電壓范圍：4.0V-5.5V，所以通常給單片機(jī)外接5V直流電源。此處用3節(jié)1.5V的干電池供電。4.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)要使單片機(jī)工作起來，最基本的電路的構(gòu)成由單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路等組成，單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖所示。

4、時鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部方式產(chǎn)生時鐘信號，用于外接一個12MHz石英晶體振蕩器和2個30pF微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時鐘電路。復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動過程。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位。本設(shè)計采用手動按鍵復(fù)位，該復(fù)位方式同樣具有上電自動復(fù)位功能。單片機(jī)最小系統(tǒng)4.3 LED電路LED流水燈顯示電路LED流水燈顯示電路如圖所示，實際上是由8個發(fā)光二極管和8個電阻構(gòu)成的電路。發(fā)光二極管與電阻對應(yīng)串聯(lián),然后接在與之相對應(yīng)的P2口上。通過軟件編程對P2口輸出高低電平來實現(xiàn)不同的閃爍花型。由于發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓一

5、般為1.7V以上，另外，他的工作電流根據(jù)型號不同一般為1mA到30mA，電阻選擇范圍1003000在此我們這里選用560的電阻。4.4 按鍵控制電路按鍵控制電路如下圖所示，是由6個按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī)AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1-Key5接在P1.0-P1.4,Key6接在P3.7上。為了一對一的控制LED燈的閃爍方式。當(dāng)按下開關(guān)Key1時, LED流水燈系統(tǒng)閃爍第一種流水燈花型。當(dāng)按下開關(guān)Key2時, LED燈系統(tǒng)閃爍第二種閃爍方式。當(dāng)閉合Key6時，流水燈閃爍節(jié)拍變慢。鍵盤控制電路4.5 串口電路串口電路為單片提供與PC機(jī)連接端口，為單片機(jī)提供下載程序到單片

6、機(jī)程序存儲器中。串口原理圖如下圖所示。串口也稱串行通信接口，RS-232是目前最常用的一種串行通訊接口，由于其形狀和針腳數(shù)量的原因，其接頭又被稱為DB9接頭。RS-232針腳定義: 2RXD 接收數(shù)據(jù)、3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)、5GND系統(tǒng)接地，一般就用到這幾個引腳。串口原理圖MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。MAX23內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路：由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成，功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道：由7、8、9、10、11、12、13

7、、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道，其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道，8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出第三部分是供電：15腳DNG、16腳VCC（+5v）。五丶系統(tǒng)的軟件設(shè)計判斷有無按鍵按下YN開始當(dāng)Key1-Key5有鍵按下時調(diào)用延時程序調(diào)用彩燈循環(huán)程序當(dāng)Key

8、6按下時設(shè)定相應(yīng)的延時參數(shù)R5的值主程序流程圖 本設(shè)計是以單片機(jī)AT89C51為核心控制8個發(fā)光二極管5種閃爍方式的變換。硬件電路如圖所示，八個發(fā)光二極管D1D8分別接在單片機(jī)的P2.0P2.7接口上，當(dāng)給P2.0口輸出“0”時，發(fā)光二極管點亮，當(dāng)輸出“1”時，發(fā)光二極管熄滅?？梢赃\用輸出端口指令MOV P0，A或MOV P0，DATA，只要給累加器值或常數(shù)值，同理，接在P2.1P2.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實現(xiàn)流水燈功能，只要將發(fā)光二極管LED1LED8依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的成流水燈了。在此還應(yīng)注意一點，由于視覺暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條

9、指令的時間很短，在控制二極管亮滅的時候應(yīng)該延時一段時間，否則我們就看不到閃爍效果。程序啟動時跳轉(zhuǎn)到鍵盤判斷模塊程序中，此程序里面包含Key1-Key5的按鍵情況判斷，循環(huán)檢測直到有按鍵按下的時候，程序轉(zhuǎn)去相對應(yīng)按鍵的流水燈顯示的花型模塊，與此同時，當(dāng)按鍵Key6有閉合時，程序中調(diào)用延時程序時，給延時參數(shù)賦值上另一個值，是延時程序延時時間發(fā)生改變，以達(dá)到不同快慢節(jié)奏閃爍的流水燈。具體程序流程如下圖所示。六丶系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析6.1 系統(tǒng)仿真 本設(shè)計使用的Keil C51軟件來進(jìn)行編程。Keil C51提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通

10、過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部份組合在一起。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。仿真圖如下：6.2 仿真調(diào)試本系統(tǒng)的調(diào)試是把在Keil里面寫好的程序通過編譯不出現(xiàn)任何錯誤后將生成的后綴名為.HEX的文件加載到AT89C51單片機(jī)中。測試結(jié)果及狀態(tài)分析序號測試項目測試方法測試結(jié)果行狀態(tài)分析1是否能正常工作打開仿真電路圖，加載程序，點擊開始運行。無任何錯誤提示仿真電路正常2流水燈花型控制運行仿真，隨機(jī)按下任意按鍵，觀察流水燈顯示效果。對應(yīng)按鍵按下，流水燈出現(xiàn)不同花型。

11、本設(shè)計實現(xiàn)了多控制、多閃爍的LED流水燈循環(huán)。3節(jié)奏快慢控制按閉合Key6，觀察流水燈循跳動節(jié)奏當(dāng)閉合Key6是，流水燈循環(huán)閃爍變慢。本設(shè)計實現(xiàn)了用快慢兩種節(jié)拍實現(xiàn)花型交換。經(jīng)以上仿真上測試證實，能實現(xiàn)本設(shè)計系統(tǒng)要求的預(yù)期的功能。結(jié) 論本方案以AT89C51單片機(jī)作為主控核心，按鍵控制電路、流水燈顯示電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)等模塊組成的核心主控制電路，利用軟件編程燒錄程序到單片機(jī)來實現(xiàn)對LED流水燈進(jìn)行控制，與其他LED流水燈相比該電路結(jié)構(gòu)簡單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗等優(yōu)點，其電路集成度高，工作原理簡單，清晰明了，控制圖案的花樣多，移植性好。附錄1 程序主程序：ORG 0000H

12、LJMP MAINORG 0040HMAIN:MOV P1,#0FFHMOV A,P1CJNE A,#11111110b,S1LCALL K1S1:CJNE A,#11111101b,S2LCALL K2S2:CJNE A,#11111011b,S3LCALL K3S3:CJNE A,#11110111b,S4LCALL K4S4:CJNE A,#11101111b,MAINLCALL K5LJMP MAIN按鍵程序：K1:MOV A,#01111111bC1:RL AMOV P2,ALCALL DelayJNB P1.1,K2JNB P1.2,K3JNB P1.3,K4JNB P1.4,ZL

13、JMP C1K2:MOV P2,#0FEHLCALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#00HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL

14、DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0FEHLCALL DelayMOV P2,#0FFHLCALL DelayLJMP MAINZ: LJMP K5K3:MOV P2,#55HLCALL DelayMOV P2,#0AAHLCALL DelayMOV P2,#0FFHLJMP MAINK4:MOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#00111100BLCALL DelayMOV P2,#00011000BLCALL DelayMOV P2,#00000000BLCALL DelayMOV P2,#10000001BLCALL

15、DelayMOV P2,#11000011BLCALL DelayMOV P2,#11100111BLCALL DelayMOV P2,#11111111BLCALL DelayLJMP MAINK5:MOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10111111BLCALL DelayMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10011111BLCALL DelayMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10001111BLCALL DelayMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10000111BLCALL DelayMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10000011BLCALL DelayMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#100000