单片机的LED流水灯系统设计.docx

河北建筑工程学院课程设计计算说明书题目名称： 单片机 LED 流水灯系统设计院系：机械工程学院专业：机械电子工程班级：机电本102 班学号：2023322233学生姓名：王硕指导教师：张东辉职称：讲师2023年7 月7日河北建筑工程学院单片机原理及应用课程设计目 录第一章 引言21.1 课题简介21.2 设计目的21.3 设计任务及要求21.4 设计方法3其次章 总体设计思路32.1 总体设计32.2 硬件设计思路及系统框图42.3 软件设计思路及程序流程框图4第三章 硬件设计53.1 AT89C5153.2 单片机时钟电路73.3 单片机复位电路73.4 单片机显示电路83.5 直流稳压电源电路83.6 单片机硬件电路图9第四章 软件设计94.1 系统功能104.2 软件流程图104.3 程序设计104.4 程序调试12第五章 软硬件联合仿真12第六章 心得体会13第七章 参考文献141第一章 引言1.1 课题简介单片机是一种集成在电路芯片，是承受超大规模集成电路技术把具有数据处理力量的中心处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。的导航装置，飞机上各种仪表的掌握，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时掌握和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的掌握，以及程控玩具、电子宠物等等， 这些都离不开单片机。更不用说自动掌握领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化治理及过程掌握等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用 ：例如周密的测量设备 2.在工业掌握中的应用 ：用单片机可以构成形式多样的掌握系统、数据采集系统，例如工厂流水线的智能化治理，电梯智能化掌握、各种报警系统，与计算机联网构成二级掌握系统等。 3.在家用电器中的应用：可从手机， 机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动 ，集群移动通信，无线电对讲机等。 4.单片机在医用设备领域中的应用 ：例如医用呼吸机，各种，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 5.在各种大型电器中的模块化应用 ：如音乐集成单片机，看似简洁的功能，微缩在纯电子芯片中有别于磁带机的原理，就需要简单的类似于计算机的原理。本系统承受AT89C51 单片机来设计LED 流水灯系统，实现 8 个LED 灯的依次点亮、全亮、全灭、再循环。1.2 设计目的1. 学习根本理论在实践中综合运用的初步阅历，把握电路设计的根本方法、设计步骤，培育综合设计与调试力量。2. 把握汇编语言程序设计方法。3. 培育实践技能，提高分析和解决实际问题的力量。1.3 设计任务及要求1. 彩灯用 8 个发光二极管代替。2P0.0-P0.1-P0.2-P0.3-P0.4-P0.5-P0.6-P0.7-P0.6-P0.5-P0.4-河北建筑工程学院单片机原理及应用课程设计P0.3-P0.2-P0.1，然后全亮、全灭，再循环。3彩灯亮点移动时间间隔为 0.5 秒。1.4 设计方法本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。假设要让接在 P1.0 口的 LED1 亮起来，那么只要把 P1.0 口的电平变为低电平就可以了；相反，假设要接在 P1.0 口的 LED1 熄灭，就要把 P1.0 口的电平变为高电平。同理，接在P1.1P1.7 口的其他 7 个 LED 的点亮和熄灭的方法同 LED1。因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管 LED1LED8 依次点亮、熄灭，8 只 LED 灯便会一亮一暗的做流水灯了。同样的道理，可以让 8 个灯左移点亮，全亮、全灭。在此我们还应留意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在掌握二极管亮灭的时候应当延时一段时间，否则我们就看不到“流水” 效果了。其次章 总体设计思路2.1 总体设计2.1.1 机型的选择本课题使用 AT89C51 单片机。32.1.2 器件清单序号元件名称规格数量/个用途1单片机AT89C511掌握核心2晶振12MHZ1晶振电路3电容30pF2晶振电路4电容22 uF1复位电路5电阻3008上位电阻6电阻10K1复位电路7电源+5V1供给电源8发光二极管黄色 LED8显示电路河北建筑工程学院单片机原理及应用课程设计2.2 硬件设计思路及系统框图整个系统包括 AT89C51 单片机、时钟电路、复位电路和由 8 个 LED 灯组成的显示电路。系统一上电，LED 灯就依据已写好的程序依次点亮系统框图如下：2.3 软件设计思路及程序流程框图程序执行后，先是LED1 到 LED8， LED7 到 LED2 的依次点亮，然后灯全亮、灯全灭，再循环。彩灯亮点移动时间间隔为 0.5 秒。程序流程框图如下：10第三章 硬件设计硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、掌握器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进展电气连接，必需外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。本设计选用以 AT89C51 单片机为主控单元。3.1 AT89C511） 主要特性：与 MCS-51 兼容，4K 字节可编程闪耀存储器，寿命：1000 写/擦循环，数据保存时间：10 年，全静态工作：0Hz24Hz，三级程序存储器锁定，128*8 位内部 RAM，32 可编程 I/O 线，5 个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内震荡器和时钟电路。2） 管脚说明：电源引脚Vcc40 脚：典型值5V。 Vss20 脚：接低电平。外部晶振XTAL1、XTAL2 分别与晶振两端相连接。输入输出口引脚：P0 口：I/O 双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。P1 口：I/O 双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。P2 口：I/O 双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。P3 口：I/O 双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。掌握引脚：RST、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp 组成了 MSC-51 的掌握总线。RST9 脚：复位信号输入端高电平有效。 ALE/-PROG(30 脚：地址锁存信号输出端。其次功能：编程脉冲输入。-PSEN29 脚：外部程序存储器读选通信号。-EA/Vpp(31 脚：外部程序存储器使能端。其次功能：编程电压输入端+21V。3） AT89C51 单片机的 P 口特点：P0 口：是一个 8 位漏极开路输出型双向 I/O 端口。作为输出端口时，每位能以吸取电流的方式驱动 8 个 TTL 输入，对端口写 1 时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序或数据存储器时，它是时分多路转换的地址低 8 位/数据总线，在访问期间将激活内部的上拉电阻。P1 口：P1 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P1 口的输出缓冲器可驱动吸取或输出电流方式4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2 口作输入口使用时，由于内部有上拉电阻， 那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流Iil。P2 口：P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P2 口的输出缓冲器可驱动吸取或输出电流方式4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2 口作输入口使用时，由于内部有上拉电阻， 那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流Iil。在访问外部程序存储器时和 16位外部地址的外部数据存储器如执行 MOVX DPTR时，P2 口送出高 8 位地址。在访问 8 位地址的外部数据存储器如执行 MOVX RI时，P2 口引脚上的内容就是专用存放器(SFR)区中的 P2 存放器的内容，在整个访问期间不会转变。P3 口：P3 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P3 口的输出缓冲器可驱动吸取或输出电流方式4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P3 口作输入口使用时，由于内部有上拉电阻， 那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流Iil。3.2 单片机时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个简单的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号掌握下严格地按序进展工作。在 MCS-51 芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚X1，输出端为引脚 X2，在芯片的外部跨接晶体振荡器和微调电容，形成反响电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。 此电路承受 12MHz 的石英晶体。时钟电路如以下图：图 3.1 时钟电路3.3 单片机复位电路电阻的作用是用于上电复位的，VCC 以上电，由于电容两端电压不能突变，所以RST 上为高电平，然后电容放电，RST 就为低电平了，还可以用手动复位，此电路应用自动复位。图 3.2 复位电路3.4 单片机显示电路LED 彩灯显示电路(如下图)实际上是由 8 个发光二极管和 8 个电阻构成的电路。发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应的 P1 口上。通过软件编程对P1 口输出凹凸电平来实现不同的闪耀花型。由于发光二极管的导通电压一般为 1.7V 以上，另外，他的工作电流依据型号不同一般为 1mA 到 30mA，电阻选择范围 100 欧姆3 千欧姆在此我们这里选用 300 欧姆的电阻。图 3.3 显示电路3.5 直流稳压电源电路对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统供给电源供电模块，电源电路的稳定牢靠是系统平稳运行的前提和根底。电子设备除用电池供电外，还承受市电沟通电网供电。通过变压、整流、滤波和稳压后，得到稳定的直流电。直流稳压电源是电子设备的重要组成局部！本工程直流稳压电源为+5V。如以下图所示：直流稳压电源的制作一般有 3 种制作形式，分别是分立元件构成的稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。AT89C51 单片机的工作电压范围：4.0V5.5V，所以通常给单片机外接 5V 直流电源。3.6 单片机硬件电路图依据各个模块的功能及他们的信号传输，连接电路如下：图 3.4 总电路图第四章 软件设计4.1 系统功能本系统的功能是实现流水灯的循环点亮。系统上电后，先是 LED1 到 LED8， LED7 到 LED2 的依次点亮，然后灯全亮、全灭。假设单片机仍处于有电状态，则程序始终循环下去。彩灯亮点移动时间间隔为 0.5 秒。4.2 软件流程图4.3 程序设计ORG0000H；单片机上电后从 0000H 地址执行AJMPSTART1 ；跳转到主程序存放地址处ORG0030H；设置主程序开头地址MOVSP，#60H；设置堆栈起始地址为 60HSTART1： MOVA，#0FEH；ACC 中装入 LED1 亮的数据二进制的 11111110 MOVP1，A；将 ACC 的数据送 P1 口ACALLDELAY；调用延时子程序MOVR0，#7；将数据再移动 7 次就完成一个 8 位流水过程AJMPLOOP1START2： MOVA，#0BFH ；ACC 中装入 LED7 亮的数据二进制的 10111111 MOVP1，A；将 ACC 的数据送 P1 口ACALLDELAY；调用延时子程序MOVR0，#5；将数据再移动 5 次就完成一个 6 位流水过程AJMPLOOP2START3： MOVA，#00H；ACC 中装入全部灯都亮的数据二进制的00000000 AJMPLOOP3START4： MOVA，#0FFH；ACC 中装入全部灯都灭的数据二进制的11111111 AJMPLOOP4LOOP1： RLA；将 ACC 中的数据左移一位MOVP1，A；把 ACC 移动过的数据送 p1 口显示ACALL DELAY；调用延时子程序DJNZR0，LOOP1 ；没有移动够 7 次连续移动AJMPSTART2；移动完 7 次后跳到 START2LOOP2： RRA；将 ACC 中的数据右移一位MOVP1，A；把 ACC 移动过的数据送 p1 口显示ACALL DELAY；调用延时子程序DJNZR0，LOOP2 ；没有移动够 5 次连续移动AJMPSTART3；移动完 5 次后跳到 START3LOOP3：MOVP1，A；把 ACC 移动过的数据送 p1 口显示ACALL DELAY；调用延时子程序AJMPSTART4；跳到 START4LOOP4：MOVP1，A；把 ACC 移动过的数据送 p1 口显示ACALLDELAY；调用延时子程序AJMPSTART1；跳到 START1 DELAY：MOVR7,#5；延时 0.5S DEL1:MOVR6,#200DEL2:MOVR5,#248 DEL3:DJNZR5,DEL3NOPDJNZR6,DEL2DJNZR7,DEL1RET；子程序返回END；程序完毕4.4 程序调试软件调试一般分为以下四个阶段：1、 编写程序并查错；2、在汇编语言的编译系统中编译源程序 3、对程序进展编译连接，并准时觉察程序中存在的错误；4、改正错误。第五章 软硬件联合仿真在proteus 软件仿真之前必需在Proteus 里面画出硬件的外部接线图，装入 keil 生成的 HEX 文件，接下来就可以运行仿真了,如图 5-1：图 5.1 仿真图经以上仿真测试证明，能实现本设计系统要求的预期的功能。第六章 心得体会经过一段时间的努力，我们顺当的完成了这次单片机课设。这是一个磨练意志的过程。从课题的选择开头，总体设计、硬件和软件系统的设计，到最终的 Proteus 软件仿真完成，这其中经受了很多困难，但是更重要的是在这个过程中我得到了很大的熬炼。通过 C51 单片机等一些器件的设计让我学习和把握了单片机技术的根底学问和技术要点，也使以前学的很多学问都得到了运用。这是一个需要不断的尝试，不断的校核，不断的修改，最终完成一个合理的设计的过程。在很大程度上培育了我拼搏的工作精神。使我受益匪浅，更加明确了自己专业的方向。通过这次课程设计，我拓宽了学问面，熬炼了力量，综合素养得到较大提高。而安排课程设计的根本目的，是在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟和领悟力。尤其是观看、分析和解决问题的实际工作力量。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论学问，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的缺乏，以便为完善学习打算，转变学习内容与方法供给实践依据。实际力量的培育至关重要，而这种实际力量的培育单靠课堂教学是远远不够的，必需从课堂走向实践。这也是一次预演和预备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间准时补充相关学问，为求职与正式工作做好充分的学问、力量预备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。第七章 参考文献1 MCS-51 单片机原理及应用张毅刚 编著 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社2 杨恢先 黄辉先著.单片机原理与应用.人民邮电出版,2023.7 3朱定华著.单片机原理与接口技术.电子工业出版社,2023.44王威著.HCS12 微掌握器原理及应用.北京航空航天大学出版社,2023.10 5胡洪波著.单片机原理与应用试验教程.湘潭大学出版社，2023.76单片机原理及其接口技术 胡汉才 编著 北京：清华大学出版社