循环彩灯控制设计与制作毕业论文(32页).doc
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1、-循环彩灯控制设计与制作毕业论文-第 32 页摘要:近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,以作完善。单片机最小系统是在以STC89C52RC单片机为基础上扩展,使其能更方便地运用于测试系统中。本设计主要在单片机上扩展I/O口,复位电路,晶振电路,LED显示电路并写好底层程序,做出能应用于跑马灯的最小系统。关键词:最小系统,STC89C52RC, 跑马灯Abstract: W
2、ith the infiltration in the social field of the computer in recent years, the application of the one-chip computer is moving towards deepening constantly, drive tradition is it measure crescent benefit to upgrade day to control at the same time. In measuring in real time and automatically controlled
3、 one-chip computer application system, the one-chip computer often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge is not enough, should also follow the structure of the concrete hardware , and direct against and use the software of targets characteristic to combine concretly, in order
4、to do perfectly. The smallest system one chip computer is in expands at the base of STC89C52RC one chip computer,make it used more convient in the test system. This design mainly expands I/O in the take on chip computer, reset circuit, crystals circuit, the LED display circuitand writes the first fl
5、oor procedure.Make for scrolling minimum system.Keyword:minimum system, STC89C52RC, scrolling目录1绪论42.电路设计方案及功能分析52.1 设计目的52.2 设计要求52.3 系统基本方案选择和论证52.3.1、STC89C52RC介绍62.3.2、时间周期112.3.3、LED灯管122.3.4、数码管122.3.5、锁存器132.4 系统框图133.系统的硬件设计与实现143.1 电源供电模块的实现143.2 复位电路153.3 晶振电路164.系统的软件设计194.1 软件介绍194.1.1 K
6、eil C51194.1.2 Protel99SE204.1.3 Proteus214.2程序流程图224.3 延时的计算235.系统调试及结果分析246.心得和体会247. 遇到问题24参考文献25附录251电路原理图:252 元件清单263程序271绪论由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用,世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机,在单片机家族的众多成员中MCS-52系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比,迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场,成为国内单片机应用领域中的主流。目前,可用于MCS-52系列单片机开发的硬件越来越多,与其配套的
7、各类开发系统、各种软件也日趋完善,因此,可以极方便地利用现有资源,开发出用于不同目的的各类应用系统。单片机最小系统是在以MCS-52单片机为基础上扩展,使其能更方便地运用于测试系统中,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被测试的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点,称为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件,在工业生产中称为必不可少的器件,尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。本毕业设计主要在STC89C52RC单片机上扩展I/O口,复位电路,晶振电路,LED显示电路,数码管显示电路,蜂鸣器电路。
8、适合于我们学生用于单片机的学习掌握和一些各种科研立项等的需求。因此,研究单片机最小系统有很大的实用意义。2.电路设计方案及功能分析2.1 设计目的学生在教师指导下运用所学课程的知识来研究、解决一些具有一定综合性问题的专业课题。学习单片机课程以后,为了加深对理论知识的理解,加强理论知识在实际当中的运用,强化自己的动手能力,通过毕业设计(论文),提高学生综合运用所学知识来解决实际问题、使用文献资料、及进行科学实验或技术设计的初步能力,为毕业设计(论文)打基础。2.2 设计要求(1)采用单片机STC89C52RC做成最小系统来控制。(2)利用最小系统做出循环彩灯,其LED灯的闪烁间隔时间采用延时程序
9、控制,每种模式可采用不同的延时,灵活多变。2.3 系统基本方案选择和论证单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路、按键输入、显示输出等。各功能模块的选择及论证如下: 复位电路:由电容和电阻构成,由电路图并结合电容电压不能突变的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。本设计中R=10K,C=10uF。 晶振电路:典型
10、的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)同时也可取12MHz(产生精确的微秒级时歇,方便定时操作),因设计需要,本设计采用12M晶振。 单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机,本设计采用STC89C52RC。 接口电路:具有人机交互接口。具有一定的可扩展性,单片机I/O口可方便地与其他电路板连接。 通过该最小系统,我们可以用keil软件进行编程从而实现对一些外设的控制!比如一些简单的实验:闪烁灯、跑马灯、数码管的展示等等!2.3.1、STC89C52RC介绍 PDIP封装的STC89C52引脚图STC89C52为
11、8 位通用微处理器,采用工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同,其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化,会聚调整控制,会聚测试图控制,红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有:XTAL1(19 脚)和XTAL2(18 脚)为振荡器输入输出端口,外接12MHz 晶振。RST/Vpd(9 脚)为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。VCC(40 脚)和VSS(20 脚)为供电端口,分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚,其功能用途由软件定义,在本设计中,P0 端
12、口(3239 脚)被定义为N1 功能控制端口,分别与N1的相应功能管脚相连接,13 脚定义为IR输入端,10 脚和11脚定义为总线控制端口,分别连接N1的SDAS(18脚)和SCLS(19脚)端口,12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口,连接主板CPU 的相应功能端,用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。RST/VPD(9脚)复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。RST即RESET,VPD为备用电源,所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时,该引脚出现持续两个机器周期的高电平,就可实现复位操作,使单片机恢复到初
13、始状态。当VCC发生故障、降低低电平规定值或掉电时,该引脚可接上备用电源VDP(+5+/-0.5V)为内部RAM供电,以保证RAM中数据不丢失。 ALE/(30脚)当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)以每周期两次的信号输出,用于锁存出现在P0口的低8为地址。在不访问外部存储器时,ALE仍以上述不变的频率(振荡周期的1/6),周期行地出现正脉冲信号,可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。但要注意,在访问片外数据存储器期间,ALE脉冲会跳过一个,此时作为时钟输出就不妥当了。对于片内含有EPROM的单片机,在EPROM编程期间,该引脚为编程脉冲的输入端。(29脚)片外程序存储
14、器读选通信号输出端,低电平有效,当AT89C52 由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次 有效,即输出两个脉冲,以通过数据总线口读回指令或常数,在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次信号,即信号不出现。/VPP(31脚)外部访问允许,即为访问外部程序存储器控制信号,低电平有效。当保持高电平时,单片机访问片内程序存储器的程序8KB(MCS52子系列为8KB,MCS51子系列为4KB)。若超出该范围时自动转去执行外部存储器的程序。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000HFFFFH), 端必须保持低电平(接地)。对于片内含有EPROM(Erasable Programmab
15、le Read-only Memory ,可编程可擦写只读存储器)的单片机,在EPROM编程期间,该引脚用于接21V的编程电源VPP。 XTAL1(19脚)振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。接外部石英晶体的一端。在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚接地;对于CHMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号输入。 注:CHMOS是CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)和HMOS(高密度沟道MOS工艺)的结合,除了保持HMOS高速度和高密度之外,还
16、有CMOS低功耗的特点。两类器件的功能是完全兼容的,区别在CHMOS器件具有低功耗的特点。(HMOS:高性能金属氧化物半导体)XTAL2(18脚)振荡器反相放大器的输出端。接外部晶体的另一端。在单片机内部,接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端;对于CHMOS芯片,该引脚悬空不接。2.3.2、时间周期STC89C52的时间周期分为如下几个周期:振荡周期、状态周期、机器周期、指令周期1. 振荡周期:(1)单片机提供定时信号源的振荡源的周期。(2)是计算机中最基本的时间单位。2. 状态周期(时钟周期):(1)1个状态周期=2个振荡周
17、期。(2)分为P1节拍和P2节拍。P1节拍通常完成技术操作;P2节拍完成内部 寄存器间的传送。3.机器周期(1)1个机器周期=12个振荡周期。(2)为CPU访问存储器一次所需要的时间。(3)执行一条指令所需要的时间以机器周期为单位。2.3.3、LED灯管LED具有功耗少、寿命长、光谱宽(眼睛看得舒适度好)、使用广泛,能灵活拼装各种需要的形状等优点。一般来说LED的工作电压是2V-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说:它消耗的电能不超过0.1W。在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时。此外,LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻,硬
18、件电路实现起来比较方便。因此本设计采用15个发光二级管,组合成三角形,从而控制其灵活变化,设计出展示的方案。2.3.4、数码管数码管是一种半导体发光器件,其基本单元是发光二极管。本设计之所以选择数码管是因为在设计方案里面计划LED跑马灯共有九种变化模式,而数码管在各种模式变化过程当中负责显示1-9九个数字,从而示意模式的转换,使展示更加明了,效果明显且有条理。2.3.5、锁存器 由于本设计中需要数码管维持某个数据,那么往往要持续快速的刷新,为了减少对处理器处理能力的消耗,利用锁存器对所传输的数据进行锁存,直到下一个新的数据需要被锁存为止。这样一来,锁存器保持数据状态期间处理器的处理时间和I/O
19、引脚便可以释放。此外,锁存器的缓存作用使快速工作的CPU与缓慢工作的锁存器相协调,从而使数码管中各段管子亮起时间差减小。因而本设计加用了锁存器,使系统工作方便,显示效果得到完善。2.4 系统框图STC89C52单片机复位电路 LED显示晶振电路电源3.系统的硬件设计与实现单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。最小系统原理图如图3.1所示。 图3.1 原理图3.1 电源供电模块的实现对于一个完整的电子设计来讲,首要问题就是为整个系统提供电源供电模块,电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51系列单片机虽然使用时间最早、应用范围最广,但是在实际使用过程中,一个和典
20、型的问题就是相比其他系列的单片机,51系列单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象,克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给3.2 复位电路单片机的复位,是为了把电路初始化到一个确定的状态,一般来说,单片机复位电路作用是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容,实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路有按键复位和上电复位两种
21、。(1) 上电复位:STC89C52RC系列单片机为高电平复位,通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC,再连接一个电阻到GND,由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位,随后回归到低电平进入正常工作状态,这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。如图3.3.1所示。 图3.3.1上电复位电路图(2) 按键复位:按键复位就是在复位电容上并联一个开关,当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平,而且由于电容的充电,会保持一段时间的高电平来使单片机复位。如图3.3.2所示。 图3.3.2按键复位电路图由于按键复位可控性稍强,比较适合样品制作或者实验室调试
22、场合,本设计采用按键复位。如图3.3.3所示。 图3.3.3 复位电路图3.3 晶振电路图3.4 晶振电路图单片机系统里都有晶振,在单片机系统里晶振作用非常大,全称叫晶体振荡器,它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振提供的时钟频率越高,那么单片机运行速度就越快,单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。单片机晶振的作用是为系统提供
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