可以調(diào)控的走馬燈

1、鹽城工學院課程設(shè)計說明書（2011）單片機課程設(shè)計說明書可以調(diào)控的走馬燈目錄1概述11.1可控走馬燈的意義112可控走馬燈的發(fā)展和現(xiàn)狀12課題方案設(shè)計22.1系統(tǒng)總體設(shè)計要求22.2 設(shè)計方案論證23.系統(tǒng)硬件設(shè)計33.1 總體設(shè)計33.2 單片機運行的最小系統(tǒng)43.3 按鍵電路53.4LED顯示模塊54.系統(tǒng)軟件的設(shè)計95軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果105.1軟硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施105.2 實物圖115.3 調(diào)試結(jié)果12結(jié)束語12參考文獻13附錄14附錄1 ： 可以調(diào)控的走馬燈原理圖14附錄2 ：可以調(diào)控的走馬燈PCB圖14附錄3：Ptoteuse 仿真圖15附錄4：C語言程序清單16附

2、錄5：可控走馬燈元件清單表19鹽城工學院課程設(shè)計說明書（2011）1概述1.1可控走馬燈的意義 眾所周知，走馬燈以其絢麗的色彩贏得人們喜愛，在人們的日常生活中很常見，并在一些特定的節(jié)日里，重要場合中起著絢爛節(jié)日氣氛，帶給人們歡樂的作用?？梢哉{(diào)控的走馬燈打破常規(guī)走馬燈閃爍固定變化的現(xiàn)狀，可根據(jù)人們不同的意愿進行編程設(shè)計出想要的變換的色彩效果。12可控走馬燈的發(fā)展和現(xiàn)狀當前，可以調(diào)控的走馬燈廣泛應(yīng)用于各種商業(yè)場所，娛樂場所，以及建筑物的裝飾等多種場合?？梢哉f，可控走馬燈技術(shù)的應(yīng)用已滲透大到世界博覽會，奧林匹克開幕式，小到節(jié)日彩燈裝飾。深入研究可控走馬燈是產(chǎn)品提高檔次和推陳出新的有效途徑?？v觀單片機

3、的發(fā)展過程，可以預示走馬燈的發(fā)展趨勢，單片機的發(fā)展趨勢如下：低功耗CMOS化MCS-51系列的80C51推出時的功耗達120mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。微型單片化常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、

4、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以MCS-51為核心的單片機占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的WinBond系列單片機。以8031為核心的單片機占據(jù)了半壁江山，在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。2課題方案設(shè)計 2.1

5、系統(tǒng)總體設(shè)計要求 顯示效果使用16個LED；設(shè)置三個按鍵，K1-模式鍵，通過按鍵調(diào)整顯示結(jié)果，要求有8種模式；K2-加速鍵，提高走馬燈顯示效果的速度；K3-減速鍵，放慢走馬燈的顯示效果速度；8種模式通過一個共陽型數(shù)碼管顯示出來，比如，走馬燈的顯示效果為模式一時，數(shù)碼管顯示數(shù)字“1”。圖2-1 可控走馬燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.2 設(shè)計方案論證 根據(jù)設(shè)計內(nèi)容要求，提出了如下方案：本電路直接采用單片機配合數(shù)碼管，按鈕LED小燈，直接實現(xiàn)功能，主要取決于軟件程序的設(shè)計。采用的40腳、片內(nèi)帶8kB Flash ROM的STC89C52單片機作為控制核心，采用兩組高亮黃色二極管作為指示燈，采用四組一組一位LE

6、D數(shù)碼管作為模式轉(zhuǎn)化顯示器，LED顯示采用動態(tài)掃描方式，以節(jié)省端口數(shù)。按照這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，單片機端口不需要外部擴展，資源剛好滿足要求。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 總體設(shè)計通過模式鍵改變單片機的工作模式，進行程序控制，一共八個模式。LED燈工作在不同的模式下有不同的現(xiàn)象。加速減速按鈕來控制燈泡的閃亮快慢。復位電路用來初始化芯片的狀態(tài)。對基于單片機的走馬燈控制系統(tǒng)進行設(shè)計。所設(shè)計的系統(tǒng)為：以MCS-51系列單片機作為控制核心。單片機執(zhí)行指令是在時鐘脈沖控制下進行的。因此單片機必須外接振蕩器構(gòu)成時鐘電路才能正常工作，另外，還應(yīng)在單片機的RES端外接電阻電容構(gòu)成復位電路，當單片機運行錯誤時可以給一個復位信

7、號使其復位。單片機對接口電路的控制是由軟件向單片機的I/O口來實現(xiàn)的。STC89C52單片機內(nèi)部有兩個定時/計數(shù)器，可以用其中的一個定時器來對時間進行計數(shù)，而另一個可以對顯示器延時進行定時并通過中斷把相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過I/O口送給顯示器顯示。同時通過對外部按鍵的狀態(tài)判斷來進行時間的調(diào)整。 RST P1口 P0口 STC89C51 P2口X1X2P3口 LED小燈1號到8號復位LED小燈9號到16號三個控制按鈕晶振晶振數(shù)碼管顯示圖3-1 總電路的原理框圖3.2 單片機運行的最小系統(tǒng)1電源；電源電路采用的是USB母口，提供+5V的電壓。其有四個引腳，1引腳接的是電源，4引腳接地。由于USB接口使用的是

8、開關(guān)電源，不是很穩(wěn)定的。接10UF的去耦電容起到緩沖的作用，可以得到穩(wěn)定的+5V電壓。把電流比做水流，水流很急，但去耦電容就像一條水溝，可以緩沖水流。電容的作用是蓄能的作用。圖 3-2-1電源電路2晶振；晶振為單片機提供時鐘信號。圖3-2-2 晶振電路3復位電路。單片機在啟動時都需要復位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位

9、和上電復位。 圖3-2-3 復位電路3.3 按鍵電路按鍵用獨立式按鍵表示。圖3-3按鍵模塊3.4 LED顯示模塊LED顯示模塊采用16個發(fā)光二極管并聯(lián)在電源上，其中一邊8個二極管接在P1口上，另外8個二極管接在P0口，上拉電阻與之分別并聯(lián)。 圖3-4 LED顯示模塊3.5數(shù)碼管顯示模塊發(fā)光二極管顯示管簡稱LED，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用方便、耗電少、與單片機接口容易等特點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)使用非常普遍，一位共陽數(shù)碼管結(jié)構(gòu)如下。圖3-5-1一位共陽數(shù)碼管LED數(shù)碼顯示器由七段條形的發(fā)光二極管組成“ ”字形顯示字段，用一只圓形的發(fā)光二極管做小數(shù)點。LED數(shù)碼顯示器中，通常將各段發(fā)光二極管的陰極

10、或陽極連在一起做公共端，這樣可以使驅(qū)動電路簡單。共陽極數(shù)碼管是指發(fā)光二極管的陽極都與正極接在一起，引腳接輸出端，故低電平有效，其原理圖如下；圖3-5-2共陽極數(shù)碼管原理圖共陽極的管腳示意圖如下；圖3-5-3 共陽極管腳示意圖要使LED數(shù)碼管顯示數(shù)字，只要點亮相應(yīng)字段的發(fā)光二極管即可。如要顯示“1”，點亮b、c段；要顯示“0”，點亮a、b、c、d、e、f段。從圖中不難看出，對于共陽極數(shù)碼管，點亮字段則用低電平“0”來表示，所以低電平有效。這樣我們就可以把要顯示的數(shù)字與一串二進制代碼對應(yīng)起來，即對LED數(shù)碼顯示器實現(xiàn)編碼。由于這種編碼是與顯示器結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的，因此不考慮小數(shù)點的編碼只有七位，常稱為七

11、段顯示碼；如果對小數(shù)點也進行編碼，則稱為八段顯示碼。常用字符的八段顯示碼如下圖所示；圖3-5-4常用字符的八段顯示碼分為共陰顯示碼和共陽顯示碼兩種。 圖3-5-5數(shù)碼管顯示模塊4.系統(tǒng)軟件的設(shè)計本課程設(shè)計是采用89C52單片機設(shè)計的可以調(diào)控的跑馬燈，通過keil進行c語言編程，通過protues進行軟件硬件仿真。本設(shè)計成果，主要通過按鍵開關(guān)對跑馬燈進行控制，包括跑馬燈模式的選擇、跑馬燈模式的顯示、跑馬燈速度變化控制。定時器中斷延時程序設(shè)計：采用delay()函數(shù)進行的延時是不精確的，主要有以下兩個原因。（1）該類型的delay()函數(shù)采用的延時是通過對變量進行遞減或遞增實現(xiàn)的，很難計算精確的延

12、時時間。（2）由于跑馬燈的狀態(tài)函數(shù)和延時函數(shù)是和主任務(wù)耦合到一起的，因此主任務(wù)的執(zhí)行時間要對延時的時間產(chǎn)生影響。假設(shè)一個跑馬燈的延時函數(shù)的延時時間是1s，但是由于主函數(shù)可能存在不同的分支，因此當主函數(shù)執(zhí)行不同分支程序時，實際的跑馬燈延時時間是不一樣的。流程圖如下圖4-1所示。開始程序程序主體條件判斷程序分支跑馬燈延時圖4-1流程圖采用中斷來進行跑馬燈的狀態(tài)更換有以下幾個優(yōu)點。（1）采用中斷函數(shù)進行延時，可以精確保證延時的精度，即有效地保證跑馬燈狀態(tài)更換的頻率；（2）采用中斷函數(shù)進行跑馬燈狀態(tài)的更換，在進行延時期間，并不占用單片機資源，單片機可以執(zhí)行其他的任務(wù)。5軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果 5.1軟硬

13、件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施 硬件調(diào)試 單片機基礎(chǔ)電路包括電源、單片機、外部時鐘震蕩電路、復位電路和外部接口電路。調(diào)試過程需要注意以下幾點： (1). 檢查電源是否完好。 (2). 單片機電源要連接正確，并且保證STC89C51的31號引腳接高電平。STC89C51的31號引腳是外部程序存儲器選擇信號端，當該引腳為高電平時，單片機會一直從片內(nèi)程序存儲器內(nèi)取指令。 (3). 如果使用P0口做I/O口，要接上拉電阻。 (4). 使用萬用表排查電路中是否存在斷路或者短路情況。筆者在制作外部接口電路時使用的是排針，焊接時容易出現(xiàn)管腳之間短路，所以在上電以前必須先排查電路。(5). 編輯一個簡單程序，上

14、電運行，檢查單片機是否正常工作，復位電路是否正確。軟件調(diào)試軟件調(diào)試相對比較簡單，但是要掌握仿真軟件的用法，首先在仿真軟件（Proteus）上建立仿真模型（電路圖），然后用Keil C編程序和Proteus進行聯(lián)機仿真調(diào)試，分別對顯示、按鍵、時鐘等各個部分進行調(diào)試，檢測電路原理圖的正確與否。5.2 實物圖 圖5-2-1 實物圖正面圖5-2-2 實物圖反面5.3 調(diào)試結(jié)果 可控走馬燈7種顯示模式如下，效果理想。圖5-3 調(diào)試結(jié)果圖結(jié)束語：通過學習單片機這門課程設(shè)計，不僅了解了STC89c52的功能、還加強了單片機的理論知識得了解，而且進一步接觸并了解到了軟硬件的結(jié)合這個實踐問題。不僅如此，此次設(shè)計

15、也加強了我們動手培養(yǎng)了我的動手能力及分析思考和解決問題的能力，更令我的創(chuàng)造性思維得到拓展。本次課程設(shè)計，我們有以下幾點切身體會:1.要注意細節(jié)。細節(jié)決定成敗，這句話在這次課題中不僅一次得到了印證，特別是小系統(tǒng)制作過程中，一點點的錯誤就會使你整個電路板不能運行。因此我們不僅僅要有整體意識，也要注意細節(jié)，不要因一個關(guān)鍵地方的一個細節(jié)而導致滿盤皆輸。2.要與同學們互相溝通，交流 。第一次做單片機課程設(shè)計，難免會遇到各種各樣的問題，因此我們遇到問題，就要積極地與同學交流，必要時向老師請教。 遇到的問題 1、剛著手此設(shè)計時，不知道如何下手，但經(jīng)過老師的指導及自己查閱相關(guān)的資料，逐漸有了自己的設(shè)計想法，制

16、定出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 2、軟件設(shè)計是耗時最長的一項，涉及到整個系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。我們首先編寫總體框架，然后做簡單的測試，保證能正常運行，接下來編寫單個的子狀態(tài)程序，寫完一個測試一個，這樣保證了最后調(diào)試的成功率。在編寫程序過程中需要很好的編寫習慣，結(jié)構(gòu)要明顯，標明注釋，隨時存檔，程序盡量簡約。另外要兼顧到硬件結(jié)構(gòu)，盡量使得硬件結(jié)構(gòu)簡單，所用資源更少。3、焊接時，由于對焊接的不熟練，經(jīng)常會使兩條電錫焊線不經(jīng)意間連接在一起，所以要多用萬用電表測試，一個模塊一個模塊的焊接，在進行測試，這樣出錯的概率會小很多，剛開始時就是從頭焊到尾，結(jié)果錯了卻不知道從何檢查起。所以焊接時應(yīng)該一個子模塊一個子模塊的焊接

17、，并且布線要簡單明了，盡量不要用飛線，這樣才能夠保證實物的成功率。否則到了后期，很難檢測出實物的問題。4、第一次做出實物時，發(fā)現(xiàn)流水燈全亮，卻沒有閃爍，這與軟件仿真的結(jié)果大不同。于是，我找來了一塊C52試驗開發(fā)板，用來調(diào)試器件。希望以此發(fā)現(xiàn)問題。在C52試驗開發(fā)板上我發(fā)現(xiàn)必須加晶振才能夠正常工作，于是，在電路板上加上了晶振，最后，實現(xiàn)了電路板的正常工作。 5、實物做出來，驗證成功后。過了幾天，我在裝上芯片發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實上出現(xiàn)了一個小問題，剛開始時，我以為是布線太密了，有焊錫不經(jīng)意間連在一起了，可是用萬用電表測試后，卻沒有發(fā)現(xiàn)焊錫連在一起的問題。我百思不得其解，最后我想到實物成功時，底座搖桿對芯片的影

18、響，認為是底座出現(xiàn)來了問題。經(jīng)調(diào)試，確實是底座的問題，底座不是很緊，芯片的引腳不能很好的了解。參考文獻：【1】肖洪兵. 跟我學用單片機. 北京：北京航空航天大學出版社,2002.8 【2】單片機C語言程序設(shè)計實訓 100 例基于 8051+Proteus仿真【3】趙曉安. MCS-51單片機原理及應(yīng)用. 天津：天津大學出版社，2001.3 【4】李廣第 單片機基礎(chǔ) 第1版北京：北京航空航天大學出版社，1999 【5】徐惠民、安德寧 單片微型計算機原理接口與應(yīng)用 第1版 北京：北京郵電大學出版社，1996 附錄：附錄1 ： 可以調(diào)控的走馬燈原理圖圖6-1可以調(diào)控的走馬燈原理圖附錄2 ：可以調(diào)控的

19、走馬燈PCB圖 圖6-2可以調(diào)控的走馬燈PCB圖附錄3：Ptoteuse 仿真圖圖6-3 Ptoteuse 仿真圖附錄4：C語言程序清單：#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar ModeNo;uint Speed;uchar tCount=0;uchar Idx;uchar mb_Count=0;bit Dirtect=1;uchar code DSY_CODE=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;uint c

20、ode sTable=0,1,3,5,7,9,15,30,50,100,200,230,280,300,350;void Delay(uint x) uchar i;while (x-) for(i=0;i<120;i+);uchar GetKey() uchar K;if(P2=0xFF) return 0;Delay(10);switch(P2) case 0xFE: K=1; break; case 0xFD: K=2; break; case 0xFB: K=3; break;default: K=0;while (P2!=0xFF);return K;void Led_Demo

21、(uint Led16) P1=(uchar)(Led16 & 0x00FF); P0=(uchar)(Led16 >>8);void T0_TNT() interrupt 1 if (+tCount < Speed) return;tCount=0;switch (ModeNo) case 0: Led_Demo(0x0001 << mb_Count);break; case 1: Led_Demo(0x8000 >> mb_Count);break; case 2: if(Dirtect) Led_Demo(0x000F <<

22、mb_Count); else Led_Demo(0xF000 >> mb_Count); if(mb_Count=15) Dirtect =!Dirtect; break; case 3: if(Dirtect) Led_Demo(0x000F << mb_Count); else Led_Demo(0xF000 >> mb_Count); if(mb_Count=15) Dirtect =!Dirtect; break; case 4: if(Dirtect) Led_Demo(0x003F << mb_Count); else Led_De

23、mo(0xFC00 >> mb_Count); if(mb_Count=15) Dirtect =!Dirtect; break; case 5: if(Dirtect) Led_Demo(0x0001 << mb_Count); else Led_Demo(0x8000 >> mb_Count); if(mb_Count=15) Dirtect =!Dirtect; break; case 6: if(Dirtect) Led_Demo(0x0001 << mb_Count); else Led_Demo(0x8000 >> mb_Count