基于单片机的广告流水灯控制设计(共23页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上Anhui Vocational & Technical College of Industry & Trade毕 业 论 文广告灯的设计与制作Advertising Lamp design and production of this sentence 所在系院：电气与信息工程系专业班级：机电一体化（3）班学生学号：学生姓名：汪静指导教师：崔老师2014年3月20日Anhui Vocational & Technical College of Industry & Trade毕业论文说明书广告灯的设计与制作Advertising Lamp design and pr

2、oduction of this sentence 所在系院：电气与信息工程系专业班级：机电一体化（3）班学生学号：学生姓名：汪静指导教师：崔老师2014年3月20日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）任务书系（院） 电子与信息工程系 专业 机电一体化 班级 12机电（3）班 学生姓名 汪静 学号 一、题 目： 广告灯的设计与制作 二、内容与要求：1、内容主要是利用单片机来控制广告灯。2、目的是让电子信息工程专业的毕业生通过自己完全动手制作一些实际电子产品，掌握一定的电子产品设计、制作技能和力。三、设计（论文）起止日期：任务下达日期： 年 月 日完成日期： 年 月 日 指导教师签名： 年 月

3、日四、教研室审查意见：教研室负责人签名： 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）指导教师、评阅人评语专业、班级 12级机电一体化（3）班 学生姓名 汪静 完成日期 2014、3、20 题 目： 广告灯的设计与制作 毕业设计（论文）共 页，其中：图 幅，表个指导教师评语： 建议成绩 指导教师（签名）： 年 月 日评阅人评语： 建议成绩 评阅人（签名）： 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）成绩评定专业、班级 12级机电一体化（3）班 学生姓名尹文娟 完成日期 2014、3、20 题 目： 广告灯的设计与制作 毕业设计（论文）共 页，其中：图 幅，表 个毕业设计（论文）指导小组评

4、定意见： 毕业论文成绩的评定：指导教师审阅成绩（70%）评阅教师评阅成绩（30%）总 分系（院）负责人签名 年 月 日专心-专注-专业广告灯设计摘要：当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。各酒店、商店门口的灯就利用了这一技术。广告灯，就是以单片机为核心并通过控制发光二极管的发光来实现灯的亮灭，从而达到广告灯的效果。它集单片机、数字电路和软件设计于一体，从智能控制、电路设计和故障分析等方面进行了一系列的研究，并将其广泛应用在日常生活当中。关键词： 控制系统 单片机 智能控制

5、 广告灯 电路设计目录第2章 广告灯的设计2.3第3章 广告灯各器元件的介绍与选择第4章 广告灯的故障排除 引言在现在诸多的娱乐场所、理发店、宾馆、饭店、公司等的门外，都可以看到各式各样的广告流水灯。所谓“广告流水灯”，就是将一系列的有颜色的广告灯串联接在一起，然后令这些灯按一定的次序逐个或者几个的一次点亮和熄灭。由于各灯点亮和熄灭，产生的效果就像流动的水一样，因此，就称这类广告灯为“广告流水灯”。生活中广告流水灯的形式和点亮的次序是多种多样的。有单一颜色的几个灯按固定的次序来点亮的，有多个不同颜色的灯构成某一图案依次点亮的，也有多排广告灯按多种组合好的次序循环点亮的等。我们设计的广告流水灯，

6、就是这些广告灯中的类型。当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。在大学学习期间,完成了前期的单片机基础知识学习以后，从大三开始将理论学习和实践相结合,逐步完成了一些系统（广告流水灯）的设计与制作。但以前在制作课件时只是学一点做一点，没有系统的总结经验。此次的论文撰写我认真对以前的课件制作及单片机应用过程中的问题进行了回顾和总结，使自己的经验得到了理论上的升华，这些都将是自己今后进一

7、步发展的宝贵财富。设计目的本设计以AT89S51单片机为核心并用它来控制发光二极管双灯点亮循环的实验装置，用AT89S51单片机控制8个发光二极管发光，实现亮点以12HZ频率在高、低位循环移动。通过PROTEL软件设计、仿真，并能从中掌握通过软件控制发光二极管的思路和技巧。这次设计重点就在于利用单片机的知识去控制系统的运行。三主要功能本控制器的主要功能是完成八路彩灯（包括桥梁灯、护栏灯以及各种大型广告招牌的霓虹灯）的控制。本控制器电路可分为5V电源、555振荡电路、计数器、程序存储器EPROM、可控硅触发电流驱动电路。四广告流水灯的设计（一）系统基本设计及电路图在电路设计中，采用8个发光二极管

8、来代表广告灯。广告灯是由单片机的P2端口的8个引脚来分别控制的。电源部分用的是5V直流电源，晶体振荡器采用的是12MHz的石英晶体振荡器。广告流水灯控制的电路图如图1所示。它是用I/O端口简单控制广告流水灯，以及采用定时器图1基本设计电路图图1不同工作方式实现点亮效果的电路图。1.主控制器单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，而且系统可用二节电池供电。2.晶振电路晶振提供单片机需要的时钟信号，单片机必须在时钟的驱动下才能正常工作。一般选用石英晶体振荡器，ATMEL89C2051的工作频率范围很宽(0到2

9、4M)，我们选用12M晶振。晶振两个端口接单片机RXD和TXD两个脚, 分别构成片内振荡器的反相放大器的输入和输出端(不分正负)，系统晶振图如图2所示。图2系统晶振图图2在下面的程序设计中，将实现使广告灯先从左至右单个灯移动点亮两轮，即每轮点亮的次序为：P2.7亮P2.6亮P2.5亮P2.4亮P2.3亮P2.2亮P2.1亮P2.0亮。然后再从右至左单个灯移动点亮两轮，即每轮点亮的次序为：P2.7亮P2.6亮P2.5亮P2.4亮P2.3亮P2.2亮P2.1亮P2.0亮。之后，再使所有的广告灯闪烁两次，即先所有的灯点亮，然后再所有的灯都熄灭，如此反复共两次。（二）系统流程图及工作原理1系统流程图外

10、部中断控制广告流水灯程序流程图如图3所示。图3b2.工作原理在程序中，若只涉及一个外部INT0中断，因此，只需在主程序执行前设置中断允许即可。若涉及两个外部中断INT0和INT1，而若也涉及定时器T0中断与外部INT0中断，因此，要考虑的问题会相对多一些。根据前面的原理分析可知，当两个及两个以上中断同时存在时，在设置中断允许之外，还必须设置中断优先，否则程序功能将无法达到设计要求。以本次要达到的设计要求来说，可做如下分析。（1）设置中断优先IP寄存器由于同时存在两个外部中断，设置IP寄存器可考虑两种方法：设同一层中断法和高低优先中断法。同一层中断法不论中断的高低优先级，只管触发中断的先后。先按

11、下按键（即先有触发电平）则先执行其中断子程序；后按下按键（即后有触发电平）则后执行其中断子程序。高低优先中断法则是设置中断优先级。不论按键的先后，只论中断优先级的高低。优先级高者，即使其是比优先级低的后按键触发，也会在按键之后中断目前正在执行的低优先级中断子程序，转而执行其中断子程序，执行完成后再继续执行低中断优先级的服务程序。结合本次设计，用同一层中断法，可设IP=B；用高低优先中断法，可设IP=B，即设INT1为高优先级，INT0为低优先级。对于第（3）个程序，可用IP=B，即设INT0为高优先级，定时器T0为低优先级。（2）设置TCON通过设置TCON，从而设定INT0和INT1的中断具

12、体出发方式，这也是在设计程序之初所必须考虑的问题。结合本次的设计要求，可用两种方法来完成设置：令TCON=B（INT0和INT1均为电平触发方式），或令TCON=B（INT1为电平触发方式，INT0为下降沿出发）。当用第一种方法时，若INT0和INT1同时长生中断，则跳至INT1的中断子程序去执行，执行完成后就返回主程序；若INT0中断执行时INT1产生中断，则INT0中断暂停，跳至INT1的中断服务程序去执行，执行完成后，再回到INT0中断子程序中继续执行未完的程序，然后返回主程序；若INT1中断执行是INT0产生中断，则INT1中断执行将不受影响，当INT1中断子程序执行完成后就返回主程序

13、。（3）定时器T0定时初值的设定采用T0工作于方式1.由于要求每个灯点亮的延时时间为0.2s，因此可以设定定时时间为10ms，然后用20次执行定时中断从而实现0.2s的延时。10ms的定时初值，即TC=210106553610000=555360D8F0H。因此，TH0=0D8H，TL0=0F0H。（三）系统各部分详细设计1.芯片连接 AT89S51单片机芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口左边那列引脚逆时针数起，依次为1、2、3、440，其中芯片的1脚顶上有个凹点。在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。主电

14、源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）AT89S51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、

15、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。每一根引脚都可以编程，比如用来控制电机、交通灯、霓虹灯等，在制作实物时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要的功能，PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7;P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7; P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7; P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7。在实物制作中我用P2口连接了8个发光二极管。2.广告流水灯程序及说明 ORG 00H ;起始地址 JMP START ;

16、主程序START ORG 03H ;INT0中断子程序起始地址 JMP EXT0 ;INT0中断子程序EXT0START:MOV IE,#B ;INT0中断允许 MOV IP,#B ;INT0中断优先 MOV TCON,#B ;INT0为电平触发 MOV SP,#70H ;设定堆栈指针START:MOV A,#0FFH ;显示初值设定，灯全灭 MOV R1,#02H ;从左至右移动两轮 CLR CM1:MOV R2,#08H ;设右移8次LOOP:RLC A ;左移一位 MOV P2,A ;输出到P2 CALL DELAY ;延时0.2S DJNZ R2,LOOP ;左移不到7次就继续 DJN

17、Z R1,M1 ;移动不到两轮就继续 MOV R1,#02H ;从右至左移动两轮M2: MOV R2,#07H ;设右移8次LOOP1:PRC A ;右移一位 MOV P2,A ;输出到P2 CALL DELAY ;延时0.2S DJNZ R2,LOOP1 ;右移不到7次就继续 DJNZ R1,M2 ;移动不到两轮就继续 MOV R1,#02H ;闪烁2次M3: MOV P2.#0FFH ;全灭 CALL DEALY ;延时0.2S MOV P2,#00H ;全亮 CALL DEALY ;延时0.2S DJNZ,R1,M3 ;闪烁2次不到两次就继续 JMP START1 ;重复循环显示 EXT

18、0:PUSH ACC ;累加器的值压入堆栈保护 PUSH PSW ;PSW的值压入堆栈保护 SETB RE0 ;设定PSW工作寄存器组1，保护R0R7寄存器内容 CLR RS1 MOV A,#00H ;设置灯闪烁前初值，令灯全亮 MOV R2,#10 ;使灯闪烁5次 LOOP2:MOV P2,A ;显示输出CALL DELAY ;延时0.2SCPL A ;将A值反相MOV P2,A ;显示输出CALL DELAY ;延时0.2SDJNZ P2,LOOP2 ;闪烁不到5次就继续POP PSW ;从堆栈中取回PSW的值POP ADC ;从堆栈中取回ACC的值RETI ;返回主程序DELAY:MOV

19、 R3,#20 ;延时0.2SD1: MOV R4,#20;D2: MOV R5,#248; DJNZ R5,$; DJNZ R4,D2; DJNZ R3,D1; RETEND(四)元器件介绍与选择 AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控

20、制应用系统提供高性价比的解决方案。它有40个管脚，分成两排，每一排各有20个脚，其中左下角标有箭头的为第1脚，然后按逆时针方向依次为第2脚、第3脚第40脚，如图4所示。AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。其中最常见的就是采用40Pin封装的双列直接PDIP封装。图4 AT89S51芯片图此外AT89S51相对于AT89C51

21、增加的新功能包括： （1）新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低！ （2）ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 （3）最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率是24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 （4）具有双工UART串行通道。 （5）内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 （6）双数据指示器。 （7）电源关闭标识。 （8）全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就

22、可以有效的保护知识产权不被侵犯。 （9）兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。 故在本次设计制作中芯片选择AT89S51。 （10）主要特性 与MCS-51 兼容 ；4K字节可编程闪烁存储器； 寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源 ；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式。（2）管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为

23、一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可

24、接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P

25、3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字

26、节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当EA保持

27、低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。 （3）振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须

28、保证脉冲的高低电平要求的宽度。 （4）芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。五故障排除电路板的连接我做的不多，这次是第二次做硬件，经验不足，始不知道如何下手，做课

29、件我没有考虑元件的布局和线路的干扰问题，只是把元件均匀的排在万能板上，然后焊接。虽然以前也用过电烙铁，但当时的焊接水平还是有些差劲，认为只要焊紧就好了，没有想过会不会形成虚焊。还有选用的导线太粗太硬了，花了很大的工夫才把所有线焊接完。外在焊接10uf电容时没有考虑到电路板的电源进线方向，结果把正负极焊反了。在制作好以后，打开电源但是有的发光二极管一点反应都没有，由于之前焊接有点混乱，因此在检查电路有没有漏接和虚焊的时候花了很长的时间，在确认没有漏接和虚焊之后，又仔细检查了电路图几遍，然后又把程序在keil C51上运行，也没发现在什么错误。在无论如何都找不到原因之后，向有经验的同学求助了，经过

30、同学查看电路情况后，发现一个最重要的问题，就是EA脚没有接低电平，原因是扩展片外程序存储器时该脚必须接低电平。找到错误了就马上对症下药，将EA脚接入了电源地线，然后通电测试，这次终于成功了。六小结通过这次毕业设计得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步。在对本次科研课题设计的上，看到了电力电子技术的发展。电子元器件从以前的分立元件转向了集程度很高的单片机。并且利用单片机芯片后实现了以前所做不到的。使得我们做的实物更加丰富多彩，也为我们的生活带来更多的便利。比如

31、：交通灯，霓虹灯等。通过对实物制作，也懂得了许多。尤其是对以前所学单片机知识不理解的地方。像芯片工作的基本原理，芯片引脚的用法和芯片的选择等。在制作过程中，线路的焊接也很有讲究，尤其是焊点和绝缘部分稍不细心则整个电路都会影响。我就是在焊接时没细心观察芯片的引脚所对应的线路，所以，导致多出故障的出现。经过这次的课程学习使我的电工技术也提高了不少。七参考文献1.李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，19982.李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，19943.楼然苗.51系列单片机设计实例 北京：北京航空航天出版社，20034.何立民.单片机应用技术

32、大全.北京：北京航空航天大学出版社，19945.吴国经.单片机应用技术 中国电力出版社 2004.16.肖婧.单片机入门与趣味实验设计.北京：北京航空航天大学出版社，20087.胡汉才. 单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社，20028.梅丽凤，王艳秋，汪毓铎，张军.单片机原理及接口技术.北京：清华9.大学出版社、北京交通大学出版社，200410.李晓奎.单片机原理与应用.北京：电子工业出版社，200311.李朝青.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，200312.朱定华.单片机原理及接口技术.北京：电子工业出版社，200413.张毅刚.MCS-51单片机应用设计 哈工大出版社 2004年第2版