單片機(jī)控制流水燈

1、單片機(jī)控制流水燈 z 、.前言隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化， 在許多場合可以看到彩色霓虹燈不斷變化閃爍。LED燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價(jià)以及控制簡單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用， 用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚。 但目前市場上各式樣的LED燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮， 不能根據(jù)不同場合、 不同時(shí)間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間、 模式、 閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。 這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過多、電路復(fù)雜、功率損耗大等缺點(diǎn)。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)， 缺乏用戶可操作性， 影響亮燈效果。 因此有必要對

2、現(xiàn)有的彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。流水燈是一串按一定的規(guī)律像流水一樣連續(xù)閃亮。 流水燈控制是可編程控制器的一個應(yīng)用， 其控制思想在工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域也同樣適用。 流水燈控制可用多種方法實(shí)現(xiàn)， 但對現(xiàn)代可編程控制器而言， 利用移位寄存器實(shí)現(xiàn)最為便利。 通常用左移寄存器實(shí)現(xiàn)燈的單方向移動； 用雙向移位寄存器實(shí)現(xiàn)燈的雙向移動。 本案例利用價(jià)格低廉的AT89C52系列單片機(jī)控制基色LED丁泡從而實(shí)現(xiàn)豐富的變化。前言 1.1課程設(shè)計(jì)的目的和要求3.設(shè)計(jì)目的 3.設(shè)計(jì)要求 3.2設(shè)計(jì)方案選擇4.3硬件設(shè)計(jì)4.設(shè)計(jì)思路 4.流水燈電路原理圖 4.元件清單 5.硬件電路模塊分析 6.主要元件說明 9.振蕩器特性1.2.

3、芯片擦除 1.2.4軟件設(shè)計(jì)1.3.主程序設(shè)計(jì)1.3.程序流程圖 1.3.5 使用 keil proteus 軟件調(diào)試仿真說明 1. 3仿真過程 1.3.仿真結(jié)果 1.3.6 結(jié)束語 1.4.7參考文獻(xiàn)1.5.1、課程設(shè)計(jì)的目的和要求設(shè)計(jì)目的近年來隨著科技的發(fā)展， 單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷走向深入， 同時(shí)帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新， 在實(shí)時(shí)檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， 單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用， 單片機(jī)方面知識是不夠的， 還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。流水燈，可以更簡單、方便的使用。 通過本課程設(shè)計(jì)使學(xué)生進(jìn)一步鞏固單片機(jī)原理及應(yīng)用的基本概念、

4、基本理論， 分析問題的基本方法， 增強(qiáng)系統(tǒng)地運(yùn)用已學(xué)的理論知識解決實(shí)際問題的能力和查閱資料的能力。 培養(yǎng)一定的自學(xué)能力和獨(dú)立分析問題、 解決問題的能力， 能 通過獨(dú)立思考、查閱工具書、參考文獻(xiàn)，尋找解決方案。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)流水燈的基本要求：設(shè)計(jì)一個16個LED燈的流水久T,應(yīng)用AT89C51實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的定時(shí)器功能實(shí)現(xiàn)，電路開啟后LED燈在時(shí)鐘信號作用下按一定規(guī)律轉(zhuǎn) 換狀態(tài)。2、設(shè)計(jì)方案選擇根據(jù)設(shè)計(jì)的基本要求， 要實(shí)現(xiàn)其基本要求有兩種設(shè)計(jì)方案的選擇， 這兩種設(shè)計(jì)方案都是基于AT89C51單片機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。一種是使用兩片74LS138譯碼 器芯片擴(kuò)展成為4線一16線具有16種輸出狀態(tài)，從而可以控

5、制16個LED燈； 另一種是直接使用單片機(jī)的兩個I /O端口控制，這樣也可以實(shí)現(xiàn)控制16個LED燈。比較這兩種設(shè)計(jì)方案， 我們小組選用了后者。 因?yàn)檫@個設(shè)計(jì)只是簡單的要求實(shí)現(xiàn)16個LED燈循環(huán)點(diǎn)亮的流水功能，不用實(shí)現(xiàn)其他的功能，即不需要考慮占用I/O 口多的問題；而前者的設(shè)計(jì)方案需要外添加兩個74LS138芯片，這樣就增加了硬件電路的復(fù)雜性。3、硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路如果要讓接在口的LED1亮起來，那么只要把口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤耍?相反，如果要接在口的LED1熄滅，就要把口的電平變?yōu)楦唠娖?；同理，接?和口的其他15個LED的點(diǎn)亮和熄滅的方法同LED2因此，要實(shí)現(xiàn)流水燈功能， 我們只要將發(fā)光二

6、極管LED卜LED16依次點(diǎn)亮、熄滅，16只LED燈便會一亮一 暗的做流水燈了。 在此我們還應(yīng)注意一點(diǎn)， 由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短， 我們在控制二極管亮滅的時(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。流水燈電路原理圖4-r-i.電皿- HUM； P*J Mj的. K曲*i*n»TfiM -i格 MM1 Fi "I PABi：PtiH-l- ，學(xué)”1*再"不 Ml 3 Mjjnr wnr的H"uPJLBffiTnmr圖3-1硬件接線圖利用單片機(jī)的P0、P2 口高低電平控制LED燈的發(fā)光閃爍，再利用編程實(shí)現(xiàn) 流水燈

7、的功能。用軟件來實(shí)現(xiàn)對LED的控制，實(shí)現(xiàn)的軟硬件結(jié)合。每個LED燈接 一個限流電阻，來控制流入LED發(fā)光管的電流。閃爍系統(tǒng)AT89C5假心部件硬件系統(tǒng)方框圖元件清單表3-1元件清單名稱型號個數(shù)AT89C51122pF電容210uF電解電容1220歐姆電阻1610k電阻1晶振1發(fā)光二極管16連接線硬件電路模塊分析(1)核心部件89C51單片機(jī)是整個流水燈循環(huán)系統(tǒng)的核心功能的部件，其中內(nèi)部有ROM、有RAM、有并行I/O 口等，在51單片機(jī)內(nèi)部有一個CPU用來運(yùn)算、控制，有四 個并行I/O 口，分別是P0、P1、P2、P3,有ROM,用來存放程序，有 RAM,用 來存放中間結(jié)果，此外還有定時(shí)/計(jì)數(shù)

8、器，串行I/O 口，中斷系統(tǒng)，以及一個內(nèi) 部的時(shí)鐘電路。(2)復(fù)位系統(tǒng)電路中C1、R1、VCC等組成復(fù)位電路，它的作用是將單片機(jī)內(nèi)部特殊功能 寄存器和端口寄存器恢復(fù)到初始狀態(tài)，從內(nèi)部FLASH#儲器的初始狀態(tài)開始執(zhí)行。如圖所示，當(dāng)要對晶片重置時(shí)，只要按此開關(guān)就能完成LED和開關(guān)的重置。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H,使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。單片機(jī)的RST管腳為主機(jī)提供了一個外部復(fù)位信號輸 入口。復(fù)位信號是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間為2個機(jī)器周期以上。單 片機(jī)的復(fù)位方式可由手動復(fù)位方式完成。RSHI腳是復(fù)位信號輸入端，復(fù)位信號為高電平有效，其有

9、效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24 個振蕩周期以上才能完成復(fù)位操作，若使用 6MHz晶振，則需持續(xù)4S以上才 能完成復(fù)位操作。圖中，在通電瞬間，由于 RC的充電過程，在RST®出現(xiàn)一定 寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持 10ms以上，就能使單片機(jī)自動復(fù)位CPU在第二個機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作，以后每個機(jī)器周期重復(fù)一次， 直至RS礎(chǔ)電平變低。在單片機(jī)復(fù)位期間，AlE和函函 信號都不產(chǎn)生。復(fù)位操 作將對部分專用寄存器產(chǎn)生影響，復(fù)位后，這些內(nèi)部寄存器狀態(tài)如表2-6 o表1-2部分專用寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器值寄存器值PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0 P30FFHIP

10、XXX00000IE0XX00000TMOD00HTCON00HTL0, TL100HTH0, TH100HSCON00HSBUF不定PCON0XXX0000上電瞬間由于電容C上無儲能，其端電壓近似為零，RS松得高電平，隨著 電容器C的充電，RSHI腳上的高電平將逐漸下降，當(dāng) RST引腳上的電壓小于某 一數(shù)值后，單片機(jī)就脫離復(fù)位狀態(tài)，進(jìn)入正常工作模式。只要高電平能保持復(fù)位 所需要的時(shí)間(約兩個機(jī)器周期)，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。(3)振蕩系統(tǒng)單片機(jī)本身如同一個復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下，嚴(yán)格地按規(guī)定時(shí)序工作。而時(shí)鐘電路就用于產(chǎn)生單片機(jī)工 作所需要的時(shí)鐘信號。

11、為LED燈循環(huán)系統(tǒng)提供穩(wěn)定頻率波在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單 片機(jī)之間時(shí)鐘信號的同步，引入唯一的外部脈沖信號作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。這時(shí)外部的脈沖信號是經(jīng)單片機(jī) 89C51的XTAL2弓|腳注入的；在 MCS-51單片機(jī)片內(nèi)有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1輸出端為XTAL2在芯片的外部通過這兩個引腳E接晶體振蕩器和微調(diào)電容 C1、C2形成反 饋電路，可構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，振蕩頻率范圍通常是 12MHz。晶體振蕩頻 率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就快。由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。如圖所示圖3-3振蕩電路晶體振蕩器

12、的振蕩信號從XTAL淵送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，它將該振蕩信號二分頻,產(chǎn)生一個兩相時(shí)鐘信號A和B供單片機(jī)使用。時(shí)鐘信號的周期稱為狀態(tài)時(shí)間S振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖并不直接使用，而是經(jīng)分頻后再為系統(tǒng)所用。振蕩脈沖在片內(nèi)通過一個時(shí)鐘發(fā)生電路二分頻后才作為系統(tǒng)的時(shí)鐘信號。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生電路實(shí)質(zhì)上是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸入來自振蕩器，輸出為二相時(shí)鐘信號， 即狀態(tài)時(shí)鐘信號，其頻率為fosc/2;狀態(tài)時(shí)鐘三分頻后為ALE信號，其頻率為fosc/6;狀態(tài)時(shí)鐘六分頻后為機(jī)器周期，其頻率為fosc/12(4)顯示電路如圖3-4所示,P0 口控制LED燈D1D8的顯示，P2 口控制LED燈D10D17 的顯示。限流電阻為2

13、20歐姆，經(jīng)過的電流大概為15mA。E.*iknuum BMW HUJLDQ ，,一m PQMQ WJUBi UBJUB FQ.UEirFZDa 口 gnUAIB FSaA1 , Pl向卬工 FSaA13 PSN FMwainflfWF3.I« 113 iwaffFoP9 9inr aFV2 FliMr圖3-4LED顯示電路主要元件說明此電路主要元件是AT89C51單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部主要包含下列幾個部件:一個8位CPU一個時(shí)鐘電路；4Kbyte程序存儲器；128byte數(shù)據(jù)存儲器；兩個16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；64Kbyte擴(kuò)展總線控制電路；四個8-bit并行I/O端口;一個可編程串行接口

14、；五個中斷源，其中包括兩個優(yōu)先級嵌套中斷。外部中斷外部計(jì)數(shù)脈沖程序存貯器一 4K字節(jié)=ROM內(nèi)部PO Pl P2 P3ALE PSEN中新 uAT89C51硬件結(jié)構(gòu)框圖主要特性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 4KB的FLASH可編程可擦除只讀存儲器( FPEROM- Flash Programmable and Erasable Read Only Memory),它采用了 CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易 失性存儲器技術(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#儲單元，片內(nèi)的存儲器允許在系

15、統(tǒng)內(nèi)改編程 序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程。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。主要引腳功能1 .電源引腳Vcc和VssVcc電源端，接+ 5VoVss接地端。通常在Vcc和Vss引腳之間接仙高頻濾波電容。2 .時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸 入，若使用外部TTL時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的 輸出，若使用外部TTL時(shí)鐘時(shí)，該引腳為外部時(shí)鐘的輸入端。3 .地址鎖存允許ALE在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制地址鎖

16、存器鎖存 P0 口輸出的低8位地址，從 而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的復(fù)用。當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ALE端就周期性地以時(shí)鐘頻率的 1/6 的固定頻率向外輸出正脈沖信號， ALE 的負(fù)載能力為8 個 LSTTL器件。4 .外部程序存儲器讀選通信號是讀外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。CPU從外部存儲器取指令時(shí)，它在每個機(jī)器周期中兩次有效。5 .程序存儲器地址允許輸入端/VPP當(dāng) 為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當(dāng) PC中的值超過0FFFH 時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令。當(dāng) 為低電平時(shí)， CPU 只執(zhí)行片外程 序存儲器指令。對于8031,由于其無片內(nèi)ROM,故 必須接低電平。6

17、.復(fù)位信號RST該信號高電平有效， 在輸入端保持兩個機(jī)器周期的高電平后， 就可以完成復(fù)位操作。此外，該引腳還有掉電保護(hù)功能，若在該端接 5V 備用電源，在使用 中若Vcc掉電，可保護(hù)片內(nèi)RAM中信息不丟失。7 .輸入/輸出口引腳Po、Pi、P2和P3P0 口（）：該端口為漏極開路的8位準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力位8高LSTT改 載，它為 8 位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線的復(fù)用端口。P1 口（）：它是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O 口，P1 口的驅(qū)動能 力為4個LSTT改載。P2 口（）：它為一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O 口，P2 口的驅(qū)動能力也為4個LSTTa載。在訪問外部程序存儲器時(shí)，它作

18、存儲器的高8位地址線。P3 口（）：P3 口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O 口，P3 口除了作 為一般的I/O 口使用之外，具還具有特殊功能P1.。PL 1 PL2 PL 3P1. 4P1. 5PL 6P1JRST (R(D)P3. 0 ED舊.ETOP* 23CTO) PI 4C. 5 (WRPV6 醐P" 1XTAL2XTAL1GOAT8»C51VCCPOl 0/ “DSPD. 17 (ADI)P。. 2/ .W2>PB. 3 皿)PO. 4/(ADJ>PU. S/(ADJ> PE 6/(0 PO. 7/(AD7>ALE/Fact PSP

19、 P2. 7/(A» PL 6/(A14> PL S/UB> 也打41刀 P2. Mae PL 2/M0i P2.P2. 0八AMffl 1 AT89c51的引腳排列振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為 片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度芯片擦除AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟 件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止

20、工作。但RAM,定時(shí)器，計(jì)數(shù)器， 串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。4、軟件設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)#include<>#define T 10文件。本設(shè)計(jì)利用Keil pVision4,在新建Keil項(xiàng)目時(shí)選擇AT89C51單片機(jī)作為 CPU,將C語言源程序?qū)?，在“Options For Target對話窗口中，選中“Output” 選項(xiàng)中的“ Create HEX File”，編譯鏈接后就可以生成.HEX文件。在Proteus ISIS 中，選中AT89C51并單擊鼠標(biāo)左鍵，對AT89C51進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置單片機(jī)時(shí)鐘頻率 為12MHz,按照正確的文件路徑加載.HEX文件。對單片機(jī)設(shè)置完畢后就可以開 始仿真了。仿真結(jié)果文井由 F M %0n MF 冷屯苴卻與和明（班球向RX1稹變泡要統(tǒng)Ml :玷M H口冷H電 注0 |兇由+ +|守守二電* 下 小聯(lián)/灶產(chǎn) X鐲韜目用血才E B 3-TO0 QI *1D(DO %I，|1| I O "I1Udr>p|目Fjg 5H &quo