单片机控制的花样流水灯设计.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流单片机控制的花样流水灯设计.精品文档.目录引言31. 绪论42 相关元件及电路设计42.1 AT89C52芯片功能特性及应用42.2 AT89C5252单片机52.2.1 AT89C52单片机的硬件结构52.2.2主要性能参数62.2.3 AT89C52管脚说明72.2.4 外部总线构成112.3 单片机时钟电路及时钟时序单位122.4单片机的复位132.4.1 复位状态132.4.2 复位电路143.Keil C51开发系统基本知识Keil C51开发系统基本知识154 电路及程序设计164.1 电路原理图设计16总结17参考文献18附录1
2、9引言单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。随着电子技术和微机计算机的迅速发展,单片机的档次不断提高,其应用领域也在不断的扩大,已在工业控制、尖端科学、智能仪器仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到了广泛的应用,成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展
3、,目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展,它们的CPU功能在增强,内部资源在增多,引角的多功能化,以及低电压底功耗。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。目前,一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重,本文笔者用AT89C52单片机自制了一款简易的流水灯,重点介绍了其软件编程方法,以期给单片机初学者以启发更快地成为
4、单片机领域的优秀人才。1. 绪论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。目前,一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。本设计用AT89C51单片机自制了一款简易的花样流水灯,介绍了其硬件电路及软件编程方法,在实践中体验单片机的自动控制功能。该设计具有实际意义,可以在广告业、媒体宣传、装饰业等领域得到广泛应用。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重,现在我把单片机流水灯设计作为一个课程设计,需要更深的去了解单片机的很多功能,努力的去查找资料。本课题
5、将以发光二极管作为发光器件,用单片机自动控制,实现一个简易的花样流水灯设计。2 相关元件及电路设计2.1 AT89C52芯片功能特性及应用单片机在我们的日常生活和工作中无处不在、无处不有:家用电器中的电子表、洗衣机、电饭褒、豆浆机、电子秤;住宅小区的监控系统、电梯智能化控制系统;汽车电子设备中的ABS、GPS、ESP、TPMS;医用设备中的呼吸机,各种分析仪,监护仪,病床呼叫系统;公交汽车、地铁站的IC卡读卡机、滚动显示车次和时间的LED点阵显示屏;电脑的外设,如键盘、鼠标、光驱、打印机、复印件、传真机、调制解调器;计算机网络的通讯设备;智能化仪表中的万用表,示波器,逻辑分析仪;工厂流水线的智
6、能化管理系统,成套设备中关键工作点的分布式监控系统;导弹的导航装置,飞机上的各种仪表等等。有资料表明:2007年全球单片机的产值达到151亿美元,我国单片机的销售额达到400亿元人民币,我国每年单片机的需求量达50至60亿片,是全球单片机的最大市场。可以说单片机已经渗透到了我们生活的各个领域。AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机,片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器(RAM),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内配置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大的A
7、T89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型,与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。其主要工作特性是:(1)片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器,可擦写寿命为1000次;(2)片内数据存储器内含256字节的RAM;(3)具有32根可编程I/O口线;(4)具有3个可编程定时器;(5)中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构;(6)串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口;(7)具有一个数据指针DPTR;(8)低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式;(9)具有可编程的3级程序锁
8、定位;(10)AT89C52工作电源电压为5(1+0.2)V,且典型值为5V;在AT89C52芯片内部有一个高增益反相放大器,用于构成振荡器。反相放大器的输入端为引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2,在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容C1、C2形成反馈电路,可构成稳定的自激振荡器,振荡频率通常是24MHz。若晶体振荡器频率高,则系统的时钟频率也高,单片机的运行速度也就快2.2 AT89C5252单片机2.2.1 AT89C52单片机的硬件结构AT8952系列单片机内部采用模块式结构,其结构组成框图如图1所示。图1 AT8952系列单片机组成框图由图1可见,MCS-52系列单片
9、机主要由以下部件通过片内总线连接而成:中央处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)、并行输入/输出口(P0口P3口)、串行口、定时器/计数器、中断控制、总线控制及时钟电路。2.2.2主要性能参数 8K字节可重擦写Flash闪速存储器 1000次可擦写周期 全静态操作:0Hz-24MHz 三级加密程序存储器 2568字节内部RAM 32个可编程I/O口线 3个16位定时/计数器 8个中断源 可编程串行UART通道 低功耗空闲和掉电模式图 2 AT89C52外部引脚图2.2.3 AT89C52管脚说明VCC:电源GND:接地P0口:P0口是一个8位漏级开路的双向I/O口。作为输
10、出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0口端口写“1”时,引脚作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。在flash编程时,P0口也用来接受指令字节:在程序效验时,输出指令字节。程序效验时,需要外部上拉电阻。 P1口:P1口是一个具有内部上拉电阻的8位是双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑电平。对P1口写“1”时,内部上拉电阻的原因,将输出电流ILL。此外,与AT89C51不同之处是,P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和输出(P1.1/T2EX)
11、,具体如下表所示。表 1 P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2(定时/计数器2外部计数脉冲输入),时钟输出P1.1T2EX定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制在Flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。 P2口:P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑电平。对P2口写“1”时,通过内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流ILL。 在访问外部好曾许存储器或用16位地址读取外部数据存储器时,P2口送出高8位地址。在这种应用中,P2口使用很强的内部
12、上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。在Flash编程和校验时,P2口接收低8位地址字节和一些控制信号。P3口:P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P3输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑电平。对P3口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入端口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流ILL。P3口除了作为一般、的I/O口线外,更重要的是它的第二功能,如下表所示。表 2 P3口引脚第二功能引脚号第二功能P3.0RXD(串行输入)P3.1TXD(串行输出)P3.2INT0(外部中断0)P3.3I
13、NT1(外部中断1)P3.4T0(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)在Flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。 RST:复位输入。晶振工作时,RST脚持续2个机器周期以高电平将使用单片机复位。 ALE/:地址锁存器控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时,此引脚()也使用作编程输入脉冲。 在一般情况下,ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过。 如果需要,通过
14、将地址为8EH的SFR的第0位置“1”,ALE操作无效。这一位置“1”,ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则,ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 :外部程序储存器选通信号()是外部程序存储器选通信号。当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时,在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据储存器时,将不被激活。 :访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000HFFFFH的外部程序存储器读取指令,端必须保持低电平(接地)。为了执行内部程序指令,应该接VCC。 在flash编程期间,也接受12伏VPP电压。 XTA L1:振荡器反相放大器及
15、内部时钟发生器的输入端。 XTA L2:振荡器反相放大器的输出端。MCS-52系列单片机的引脚封装主要有: PDIP40、PLCC44和PQFP/TQFP44。不同封装的芯片其引脚的排列位置有所不同,但他们的功能和特性都相同。方形封装(PLCC44和POFP/TQFP44)有44引脚,其中4个NC为空引脚。采用40引脚PDIP封装的80C52单片机的引脚排列及逻辑符号如图2所示。由于工艺及标准化等原因,芯片的引脚数量是有限的,但单片机为实现控制所需要的信号数目却远远超过其引脚数目。为解决这一矛盾,单片机的某些信号引脚被赋以双重功能。1)电源及电源复位引脚:(1)VCC(40脚):正常操作时接+
16、5V直流电源。(2)VSS (20脚):接地端。图3 40引脚PDIP封装的80C52单片机的引脚排列及逻辑符号图(3)RST/VPD(9脚):复位信号输入端。在该引脚上输入一定时间(约两个机器周期)的高电平将使单片机复位。该引脚的第二功能是VPD,即备用电源输入端。当主电源发生故障,降低到低电平规定值时,可将+5V备用电源自动接入VPD端,以保护片内RAM中的信息不丢失,使复电后能继续正常运行。(4)/VPP(31脚):访问程序存储器控制信号/编程电源输入。当保持高电平时,访问内部程序存储器,访问地址范围在04KB内;当PC(程序计数器)值超过0FFFH,即访问地址超出4KB时,将自动转向执
17、行外部程序存储器内的程序;当保持低电平时,不管单片机内部是否有程序存储器,则只访问外部程序存储器(从0000H地址开始)。由此可见,对片内有可用程序存储器的单片机而言,端应接高电平,而对片内无程序存储器的单片机,可将接地。对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,此引脚用于施加21V的编程电源(VPP)。2)时钟振荡电路引脚XTAL1和XTAL2:(1)XTAL1(19脚):外接石英晶体和微调电容引脚1。它是片内振荡电路反向放大器的输入端。采用外部振荡器时此引脚接地。(2)XTAL2(18脚):外接石英晶体和微调电容引脚2。它是片内振荡电路反向放大器的输出端。采用外部振荡器时此引脚为外部振
18、荡信号输入端。3) (30脚):低8位地址锁存控制信号/编程脉冲输入。在系统扩展时,ALE用于把P0口输出的低8位地址锁存起来,以实现低8位地址和数据的隔离。在访问外部程序存储器期间,ALE信号两次有效;而在访问外部数据存储器期间,ALE信号一次有效。对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。4)(29脚):外部程序存储器的读选通信号输出端,低电平有效。在从外部程序存储器取指令(或常数)期间,此引脚定时输出负脉冲作为读取外部程序存储器的信号,每个机器周期两次有效,此时地址总线上送出的地址为外部程序存储器地址;在此期间,如果访问外部数据存储器和内部程序存储器,不会产生
19、信号。5)并行双向输入/输出(I/O)口引脚:(1)P0口的P0.0P0.7引脚(3932脚):8位通用输入/输出端口和片外8位数据/低8位地址复用总线端口。(2)P1口的P1.0P1.7引脚(18脚):8位通用输入/输出端口。(3)P2口的P2.0P2.7引脚(2821脚):8位通用输入/输出端口和片外高8位地址总线端口。(4)P3口的P3.0P3.7引脚(1017脚):8位通用输入/输出端口,具有第二功能。2.2.4 外部总线构成所谓总线,就是连接单片机与各外部器件的一组公共的信号线。当系统要求扩展时,单片机要与一定数量的外部器件和外围设备连接。如果各部件及每一种外围设备都分别用各自的一组
20、线路与CPU直接连接,那么连线将会错综复杂,甚至难以实现。为了简化硬件电路的设计和系统结构,常用一组线路,并配以适当的接口电路来与各个外部器件和外围设备连接,这组共用的连接线路就是总线。采用总线结构便于扩展外部器件和外围设备,而统一的总线标准则使不同设备间的互连更容易实现。利用片外引脚可以构造MCS-51系列单片机的三总线结构。单片机的引脚除了电源端VCC、接地端VSS、复位端RST、晶振接入端XTAL1和XTAL2、通用I/O口的P1.0P1.7以外,其余的引脚都是为实现系统扩展而设置的。用这些引脚构造的单片机系统的三总线结构如3所示。图4 MCS-51系列单片机片外三总线结构1)地址总线(
21、Address Bus,AB):MCS-51系列单片机总共有16根地址线A15 A0,片外存储器可寻址范围达64KB(216=65536字节),由P2口直接提供高8位地址A15 A8,P0口经地址锁存器提供低8位地址A7 A0。2)数据总线(Data Bus,DB):MCS-51系列单片机总共有8根数据线D7D0,全由P0口提供。由于P0口是分时复用总线,分时输送低8位地址(通过地址锁存器锁存)和高8位数据信息。 3)控制总线(Control Bus,CB):控制总线由P3口的第二功能(P3.6)、(P3.7)和3根独立的控制线、ALE、组成。2.3 单片机时钟电路及时钟时序单位1) 时钟电路
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