流水燈設(shè)計(jì)論文

1、21 .單片機(jī)簡(jiǎn)介 22 .單片機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展 23 .單片機(jī)的主要特點(diǎn) 24 .單片機(jī)的應(yīng)用 3設(shè)計(jì) 31 .要求 32 . 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 33.STC89C52RC 介紹 451 .單片機(jī)最小系統(tǒng) 52 . 電源供電模塊的實(shí)現(xiàn) 63 . 復(fù)位電路 64 .晶振電路 85 .單片機(jī)流水燈電路原理圖及工作原理 891. 單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(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。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O 設(shè)備。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

2、。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。 各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞 “ 智能型 ”，如智能型洗衣機(jī)等。2. 單片機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展單片機(jī)(Microcontrollers )誕生于1971 年，經(jīng)歷了SCM、 MCU 、 SoC 三大階段，早期的SCM 單片機(jī)都是8 位或 4 位的。其中最成功的是INTEL 的 8051 ，此后在8051 上發(fā)展出了MCS51 系列 MCU 系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求

3、的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16 位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90 年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960 系列特別是后來(lái)的ARM 系列的廣泛應(yīng)用，32 位單片機(jī)迅速取代16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80 年代提高了數(shù)百倍。高端的 32 位 Soc單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz， 性能直追90 年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1 美元，最高端的型號(hào)也只有10 美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的

4、單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。3. 單片機(jī)的主要特點(diǎn)1、較高的性能價(jià)格比。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，一些單片機(jī)的芯片價(jià)格只有十幾元人民幣，加上少量的外圍器件，就可以構(gòu)成功能豐富的各種鉀能儀器儀表及控制裝置。2、集成度高，體積小，可靠性好。單片機(jī)把各種功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。3、控制功能強(qiáng)。單片機(jī)指令系統(tǒng)、硬件資源豐富，能充分滿足工業(yè)控制的各種要求。4、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便捷式產(chǎn)品。5、開(kāi)發(fā)周期短、易于產(chǎn)品化?？筛鶕?jù)需要構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)

5、用系統(tǒng)。4. 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)(Microcontrollers )作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，根據(jù)發(fā)展情況，從不/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。通用型這是按單片機(jī)(Microcontrollers )適用范圍來(lái)區(qū)分的。例如，80C51 式通用型單片機(jī)，它不是為某種專門(mén)用途設(shè)計(jì)的；專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC 接口等功能的溫度測(cè)量控制電路?？偩€型這是按單片機(jī)(Microcontrollers )適用范圍來(lái)區(qū)分的。例如，80C51 式通用型單片機(jī)，它不是為某種專門(mén)用途設(shè)計(jì)的；專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某

6、一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC 接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。單片機(jī)這是按單片機(jī)(Microcontrollers )是否提供并行總線來(lái)區(qū)分的?？偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過(guò)串行口與單片機(jī)連接，另外， 許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。二、設(shè)計(jì)1 .要求( 1)采用單片機(jī)STC89C52RC做成最小系統(tǒng)來(lái)控制。( 2)利用最小系統(tǒng)做出跑馬燈，其LED燈的閃爍間隔時(shí)間采用延時(shí)程序控制 ,

7、 每種模式可采用不同的延時(shí)，靈活多變。2 . 系統(tǒng)基本方案選擇和論證單片機(jī)最小系統(tǒng), 或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng), 是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51 系列單片機(jī)來(lái)說(shuō), 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括: 單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵輸入、顯示輸出等。單片機(jī)接口電路主要用來(lái)連接計(jì)算機(jī)和其它外部設(shè)備。各功能模塊的選擇及論證如下:復(fù)位電路: 由電容和電阻構(gòu)成, 由電路圖并結(jié)合" 電容電壓不能突變" 的性質(zhì) ,可以知道, 當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST 腳將會(huì)出現(xiàn)高電平, 并且 , 這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來(lái)決定. 典型的 51 單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將

8、復(fù)位, 所以 , 適當(dāng)組合RC 的取值就可以保證可靠的復(fù)位。本設(shè)計(jì)中R=10K,C=10uF。晶振電路: 典型的晶振取11.0592MHz（因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600 波特率和19200 波特率 , 用于有串口通訊的場(chǎng)合） 同時(shí)也可取12MHz（產(chǎn)生精確的微秒級(jí)時(shí)歇 , 方便定時(shí)操作） ，因設(shè)計(jì)需要，本設(shè)計(jì)采用12M晶振。單 片 機(jī) : 一 片 AT89S51/52 或 其 他 51 系 列 兼 容 單 片 機(jī) ， 本 設(shè) 計(jì) 采 用STC89C52R。 C接口電路: 具有人機(jī)交互接口。具有一定的可擴(kuò)展性，單片機(jī) I/O 口可方便地與其他電路板連接。通過(guò)該最小系統(tǒng)，我們可以用keil 軟件進(jìn)行

9、編程從而實(shí)現(xiàn)對(duì)一些外設(shè)的控制！比如一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：閃爍燈、跑馬燈、數(shù)碼管和蜂鳴器的展示等等！3.STC89C52RC 介紹STC89C52為 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR 的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（ 19 腳）和XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。

10、VCC（ 40 腳）和VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（ 3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR2輸入端，10 腳和 11 腳定義為I C總線控制端口，分別連接N1 的 SDAS（ 18 腳）SCLS（ 19 腳）端口，12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。1. 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、 振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成。最

11、原理圖2. 電源供電模塊的實(shí)現(xiàn)對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來(lái)講，首要問(wèn)題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模51 系列單片機(jī)雖然使應(yīng)用范圍最廣，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，一個(gè)和典型的問(wèn)題就是相51 系列單片機(jī)更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的USB口供給3. 復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位，是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。 當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。復(fù)位電路有按鍵復(fù)位和上電復(fù)位

12、兩種。（ 1）上電復(fù)位： STC89C52R系列單片機(jī)為高電平復(fù)位，C通常在復(fù)位引腳RST上連接一個(gè)電容到VCC， 再連接一個(gè)電阻到GND， 由此形成一個(gè)RC充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí)RST腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值為10K和 10uF。如圖所示。復(fù)位電路圖按鍵復(fù)位：按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來(lái)使單片機(jī)復(fù)位。由于按鍵復(fù)位可控性稍強(qiáng)，比較適合樣品制作或者實(shí)驗(yàn)室調(diào)試場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。如圖所示。復(fù)位電路圖4. 晶振電路5. 單片機(jī)

13、流水燈電路原理圖及工作原理按照單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展與系統(tǒng)配置狀況，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)及典型系統(tǒng)等。AT89C51單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，具有豐富的內(nèi)部資源：4kB 閃存、128BRAM、 32 根 I/O口線、 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器、5 個(gè)向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)、2 個(gè)全雙工的串行口，具有 4.25 5.50V 的電壓工作范圍和0 24MHz工作頻率，使用AT89C51單片機(jī)時(shí)無(wú)須外擴(kuò)存儲(chǔ)器。因此，本流水燈實(shí)際上就是一個(gè)帶有32 個(gè)發(fā)光二極管的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由AT89C51單片機(jī)、電阻、發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電

14、路和必要的軟件組成的單個(gè)單片機(jī)。其具體的電路原理圖組成如下所示：R28P14D30R30D2R29P13LED 綠 D31 LED 蘭P15 R27470D27LED 黃D32R2P0P002.2KVCCP10R32R11KD1D4LED 紅P03LED 暖 白R(shí)52.2KD6P04P06 R7P05 R6D5LED 蘭VCC2.2KP16 R26D261KLED 白VCCK0P10 1PP1112 23P07 R8D25P17 R25LED蘭D24P31P30 R24R23P32 R221KD23D22P33 R21D21470P34R201KC1 P13 4P30 1010KC23zH0p

15、F1C330pFP1.0VCCP1.1(AD0)P0.0P1.2(AD1)P0.1P1.3(AD2)P0.2P1.4(AD3)P0.3P1.5(AD4)P0.4P1.6(AD5)P0.5P1.7(AD6)P0.6RST(AD7)P0.7P3.0(RXD)EA/VP PP3.1(TXD)ALE/P ROGP3.2(INT0)PSENP3.3(INT1)(A1 5)P2.7P3.4(T0)(A1 4)P2.6P3.5(T1)(A1 3)P2.5P3.6(WR)(A1 2)P2.4P3.7(RD)(A1 1)P2.3XTAL2(A1 0)P2.2XTAL1(A9 )P2.1GND(A8 )P2.0U

16、1P35 15P37 17192089C51P33 13P34 14P31 11P32 12P25401KD7D839 P0038 P0137 P0236 P0335 P0434 P0533 P0632 P0731302928 P2727 P2626 P2525 P2424 P2323 P2222 P2121 P20P23R121KLED白D94702.2KP20 R9P21 R10P22 R11D11D10LED 暖 白P24 R132.2KD13LED 蘭R14D14R19LED白D19P35 R192.2K2.2K1KD12LED 綠單片機(jī)流水燈的電路原理圖從原理圖中可以看出，如果要讓接

17、在P1.0 口的 LED1亮起來(lái)，那么只要把P1.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤?；相反?如果要接在P1.0 口的LED1熄滅，就要把P1.0 口的電平變?yōu)楦唠娖?；同理?其他LED的點(diǎn)亮和熄滅的方法同LED1。 因此，要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮、熄滅。 在此我們還應(yīng)注意一點(diǎn)， 由于人眼的視覺(jué)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?cè)诳刂贫O管燈亮滅的時(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。在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，遇到了很多麻煩，有的問(wèn)題其實(shí)很簡(jiǎn)單，主要是對(duì)知識(shí)的掌握程度不夠，擴(kuò)展知識(shí)欠缺，這就要求我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)中，應(yīng)該注意到這一點(diǎn)，并且應(yīng)該多讀一些課外的文獻(xiàn)，只靠書(shū)本上的知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。更重要的是我們要學(xué)會(huì)把從書(shū)本中學(xué)到的知識(shí)和實(shí)際的