单片机系统设计与制作技术报告花样流水灯的设计与制作.docx

《单片机系统设计与制作技术报告花样流水灯的设计与制作.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机系统设计与制作技术报告花样流水灯的设计与制作.docx（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、单片机系统设计与制作技术报告花样流水灯的设计与制作单片机设计与制作任务书班级 自动化13-2班 学号 学生姓名任务下达日期：20xx 年9月 15日设计日期：20xx年12月1日至20xx年12 月20 日设计题目：花样流水灯的设计与制作设计主要内容和完成功能：利用单片机控制8个发光二极管按一定的规律进行点亮，熄灭，闪烁。我们是一个迷你心型流水灯，进行流水，完成流水灯的主要功能。教师签字:PIOvcc15 14 3T I?18PIOP00PllP01P12P02P13P03P14P04P15P0539383736353433r 10rUOP17P07AT89C5132INTIP20INTOP2

2、1DOO212223T1P23TOP24EA/VPP2524252627Al* ZuX2P2728_2345678RESETPHP13P14P15RDWRRXDTvn10111 AU ALE/P PSEN3029P16LED1尸尸-O：LED2尸尸 讲LED3尸尸 讲LED4尸尸讲LED5尸尸 碑LED6尸尸 碑LED7尸尸P17LED82.3复位电路当要对晶片重置时，只要按开关就能完成LED和开关的重置。复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行 程序。单片机的RST管脚为主机提供了一个外部复位信号输入口。复位信号是高电 平有效，高电平有

3、效的持续时间为2个机器周期以上。单片机的复位方式可由手动 复位完成。RST引脚是复位信号输入端，复位信号为高电平有效，其有效时间应持续24个 周期以上才能完成复位操作，若使用6MHZ晶振，则持续4微秒以上才能完成复位 操作。 II RSTOCPU在第二个机器周期内执行复位操作，以后每个机器周期重复一次，直至RST 端电平变低。在单片机复位期间，ALE和PSEN信号都不产生。复位操作将对部分专 用寄存器产生影响，复位后，这些内部寄存器状态如表3-1.表37部分专用寄存器复位状态寄存器值寄存器值PCOOOOHACCOOHBOOHPSWOOHSP07HDPTROOOOHPOP3OFEHIPXXXOO

4、OOIEoxxooooTMODOOHTCONOOHTLO, TL1OOHTHO, TH1OOHSCONOOHSBUF不定PCONOXXOOOO上电瞬间由于电容C上无储能，其端电压近似为零，RST获得高电平，随着电 容器C的充电，RST引脚上的高电平将逐渐下降，当RST引脚上的电压小于某一数 值后，单片机就脱离复位状态，进入正常工作模式，只要高电平能保持复位所需要 的时间（约两个机器周期），单片机就能实现复位。3软件设计源程序：;P1端口流水灯实验程序；*； org OOOOh1jmp startorg 0030hstart: mov pl, #0feh; 1 灯左移 mov r4, #7lef

5、tl: mov a, pl rl amov pl, aLCALL DELAYdjnz r4,leftl 7%xTx 7 7% xts7%mov r4, #7rightl: rr a ;1 灯右移mov pl, aIcall delaydjnz r4,rightl *r* r* *T* *T* r* r* zTx Z?s #t% t* r* zT*#r% zr* T zr* *t% *tS XT* Zi T1* T*T* *r*ts *T*yf% #ys *jx zr% xrs Tmov r4, #8fe: mov pl, #Offh;全亮全灭 Icall delay mov pl,#00h I

6、call delay djnz r4, fe 7 72* 7 72*72* 72* 2* 77 77rs rs xvs t* T rs ts xy xTs XT* *7 xj Ts xr Tx ix *rs x?s *ts xTs y* xrs xrs xjx js xrs xix Tx Ts xp* xps xrs ts ts T% xts7x mov r4,#8loopl: cpl pl. 0 ;整体流水灯 Icall delay cpl pl. 1 Icall delay cpl pl. 2 Icall delay cpl pl. 3 Icall delay cpl pl. 4 Ical

7、l delay cpl pl. 5 Icall delay cpl pl. 6 Icall delay cpl pl. 7 Icall delay djnz r4,loopl mov r4, #8loop2: cpl pl. 7 Icall delay cpl pl. 6 Icall delay cpl pl. 5 Icall delaycpl pl. 4 Icall delay cpl pl. 3 Icall delay cpl pl. 2 Icall delay cpl pl. 1 Icall delay cpl pl. 0 Icall delay djnz r4,loop2 zts xT

8、x s xlx XT xTx xjx xTx xTx Ts xrs xvs xrs xTs zjs zrs xrs xTs Ts zts xps ztx xps xts xTx xTx xtx ztx xts xts xtx xTx zTs xTx xT xix xts Ts xs xt zts z7s1 jmp start ;返回开始 XjS XIX XlX 7X Tx XTX XTS XjX XrX jS ZTS XiS XIX Xis Z7S XTS XYS XIX XIS ZTS Z|S XTS Z|S XS X1X XlX XIX ZTX XTS XTX XTX XIX ZjS XT

9、S XjX X?X jS Z*S XTS ZTS jSdelay: mov r7, #200 ;延时子程序d2: mov r6,#30dl: mov r5,#60djnz r5, $djnz r6,dldjnz r7, d2* *1* *1 * * * * * * 7* *Tx xTx *Tx Tx xT xTx 、/、（、*rx 7x xT xTx 7x 7x、zr xTx xTv 7v 7% xrxxt% xT% TvTv *7% xT%end ;结束4系统调试在调试过程中，首先出现了蓝色大的发光二极管不亮的现象，我们分析可能是带不 动大的发光二极管，于是，换上了红色的小的发光二极管，此时

10、再次调试时，出现 了我们预期的效果。5结束语本次课程设计我们的课题是花样流水灯的设计，开始的几个星期我们针对这个 课题的任务要求从图书馆、上网等渠道获取相关信息，查找相关的参考资料，然后 设定了本课题的设计方案。经过近多日的努力，终于将本次课程设计做完了，但由 于水平有限，文中肯定有很多不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处， 使我们能做出改正，我们会虚心接受。在本次课程设计过程中，我增强了自己的动 手能力和分析能力。在以后的学习生活中，我会努力学习专业知识，完善自我，为 将来的发展做好充分的准备。总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重

11、要性。在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢固，更要 提高自己的动手能力和分析能力。6参考文献1胡汉才.单片机原理与接口技术M.北京：清华大学出版社，1995.6.2楼然苗等.51系列单片机设计实例M.北京：北京航空航天出版社，2003.3.3何立民.单片机高级教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2001.4赵晓安.MCS-51单片机原理及应用M.天津：天津大学出版社，2001.3.5肖洪兵.跟我学用单片机M.北京：北京航空航天大学出版社,2002.8.夏继强.单片机实验与实践教程M.北京：北京航空航天大学出版社,2001.于凤明.单片机原理及接口技术M.北京：中国轻工业出版社.1998.

12、7附录硬件电路图:二.H.孑乏 一堵 ii.li.”实物作品演示照片:9tM三 N源程序：；Pl 立带口流水灯实验程序 ；*； org OOOOh 1jmp start org 0030hstart: mov pl, #0feh; 1 灯左移 mov r4, #7 leftl: mov a, pl rl a mov pl, aLCALL DELAY djnz r4,leftl IS XTS TS XTS XTX XTX X? XTX *TX ZgX TS X7S XjX ZTS X7S XgS XV* XTX XjS XjX XTX XTX XjXXTX |S XT* xp* ZjS X| X

13、j XTX X7X |Xmov r4, #7 rightl: rr a ;1 灯右移 mov pl, a Icall delay djnz r4,rightl TS TS TX *TH 7% XjX XTV xjx Xj xT% TS TS 7% XTX 卜 XjX xTx /卜 *Tx TX TX XTV xTx |X j% 卜.、XT% XTV *TX mov r4, #8 mov pl, #OfOh Icall delay mov a, pl lr4: swap a ; 4灯左右变化 mov pl, a Icall delay djnz r4,lr4 Z xts xts xtx Tx T

14、 xts xp Tx Tx xTs xTx ? 7x xrs xrx j 7x fs xTx xrs Ts xp* xr* *tx xtx xt xts xtxTsxr xix Tx xix 7saTs XT XT XTX XT xpw XT* *TX TX XgS XTX XT* Xj TS TS T XjX Z7X Z7S XjS XTX X*S TX XlX XjXXpW XT* XV* X7S XgS XTS Xl JX ZTXmov r4, #8fe: mov pl, #Offh;全亮全灭 Icall delay mov pl,#00h Icall delay djnz r4, fe

15、* * *1* *1* * * * * * 7* *Tx xTx *Tx xT xTx Tx 、*Tx /、（、*rx 7x 7% xT xTx 7x、zrxxTx xTv 7x r xrx Tx Jxxt% xT% TvTv *7% xT%txmov r4,#8loopl: cpl pl. 0 ;整体流水灯 Icall delay cpl pl. 1 Icall delay cpl pl. 2 Icall delay cpl pl. 3 Icall delay cpl pl. 4 Icall delay cpl pl. 5 Icall delay cpl pl. 6 Icall delay

16、cpl pl. 7 Icall delay djnz r4,loopl mov r4, #8loop2: cpl pl. 7 Icall delay cpl pl. 6 Icall delay cpl pl. 5 Icall delay cpl pl. 4 Icall delay cpl pl. 3 Icall delay cpl pl. 2 Icall delay cpl pl. 1 Icall delay cpl pl. 0Icall delay djnz r4,loop2 xTs xrs r xjx xrx T% xrs xj rs xrx Tx ix *rx xps *ts xTs x

17、p xrs xTx xjx ix rs xrs xix Tx Tx xp* xps xrs tx ts xt% xtOtx1 jmp start ;返回开始 TX XT TV TX XT% -、XTS rS -R *7 TS TX TX 7X 7 j xTx XjS XTS -卜 xTv XTX TS XTS 卜 *TX TX T% TX #TS XTXdelay: mov r7, #200 ;延时子程序d2: mov r6,#30dl: mov r5,#60djnz r5, $djnz r6, dldjnz r7, d2ret xTs xTs xjx zTx Is zrs xTx zjs x

18、jx zTs zjs zjx zrs zjs xTs zrs zrs zTx zjs zTs zTs xjx zTs zjs xrs xjx zjx zls #t% xTx Ts ztx zTs zys x|x zjx zjs zTs zts #tszt% ztsend ;结束随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯 不断变化闪烁。LED灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简 单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成 为一种时尚。但目前市场上各式样的LED灯控制器大多数用全硬件电路 实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模

19、 式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、 闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、 功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调， 缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进 行改进。流水灯是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮。流水灯控制是可编程 控制器的一个应用，其控制思想在工业控制技术领域也同样适用。流水 灯控制可用多种方法实现，但对现代可编程控制器而言，利用移位寄存 器实现最为便利。通常用左移寄存器实现灯的单方向移动；用双向移位 寄存器实现灯的双向移动。本案例利用价格低廉的AT89c51系列单片机 控制

20、基色LED灯泡从而实现丰富的变化。关键词：AT89C51,发光二级管，单片机1、系统概述2、硬件设计3、软件设计4、系统调试5、结束语6、参考文献 7、附录包括系统硬件电路图、源程序（加注释）、实物作品调试和演示照片1系统概述1.1 AT89C51单片机的硬件结构由图3-1可以看出，单片机内部主要包含下列几个部件：一个8位CPU； 一个时钟电路； 4Kbyte程序存储器； 128byte数据存储器； 两个16位定时/计数器； 64Kbyte扩展总线控制电路； 四个8-bit并行I/O端口； 一个可编程串行接口； 五个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断。外部中断外部中断PO Pl P2 P3AL

21、E P SEN1外部计J数脉冲图3-1 AT89C51硬件结构框图1.2 主要特性AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的八位CMOS单片机，片内有一个4KB 的 FLASH 可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory),它采用了 CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技 术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC-51兼容。片内置通用8位中央处理器 (CPU)和FLASH存储单元，片内的存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易 失性存储器编程。因此，AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格

22、合理的单片机， 可方便的应用于各种控制领域。1.3 主要引脚功能1 .电源引脚Vcc和VssVcc：电源端，接+ 5V。Vss：接地端。通常在Vcc和Vss引脚之间接0. 1 u高频滤波电容。2 .时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入, 若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输 出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。3 .地址锁存允许ALE在系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0 口输出的低8位地址，从而实 现数据与低位地址的复用。

23、当单片机上电正常工作后，ALE端就周期性地以时钟频 率的1/6的固定频率向外输出正脉冲信号，ALE的负载能力为8个LSTTL器件。4 .外部程序存储器读选通信号再画函函是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。CPU从外部存储器取指令 时，它在每个机器周期中两次有效。5 .程序存储器地址允许输入端EA/Vpp当区 为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过OFFFH 时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当区 为低电平时，CPU只执行片外程 序存储器指令。对于8031,由于其无片内ROM,故仄 必须接低电平。6 .复位信号RST该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电

24、平后，就可以完成复位 操作。此外，该引脚还有掉电保护功能，若在该端接+ 5V备用电源，在使用中若 Vcc掉电，可保护片内RAM中信息不丢失。7 .输入/输出口引脚P。、Pi、P2和P3PO n(P0. 0P0. 7)：该端口为漏极开路的8位准双向口，负载能力位8高LSTTL 负载，它为8位地址线和8位数据线的复用端口。P1 (P1.0P1.7)：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O 口，P1 口的 驱动能力为4个LSTTL负载。P2 口(P2. 0P2. 7)：它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O 口，P2 的 驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问外部程序存储器时，它作存储器的高8位

25、地 址线。P3 口(P3.0P3.7)： P3 口同样是内部带上拉电阻的8位准双向I/O 口，P3 口除 了作为一般的I/O 口使用之外，其还具有特殊功能。P1.0匚140P1.1匚239Pl.2匚338Pl.3匚437Pl.4匚536Pl.5匚635Pl.6匚734Pl.7匚833RST/Vpd匚932RXD/P3.0匚1031TXD/P3.1匚1130INT0/P3.2匚1229INT1/P3.3匚1328T0/P3.4匚1427T1/P3.5匚1526WR/P3.6匚1625RD/P3.7匚1724XTAL2匚1823XTAL1匚1922GND匚2021nnnnnnnnnVcc PO.O

26、/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7Zl EA/Vpp ALE/PROG PSENZl P2.7/A15 P2.6/A14Zl P2.5/A13 P2.4/A12Z) P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8外部总线结构所谓总线，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

27、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 P1.01.7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图3-2所示。P2P0MCS-51单片机ALBPSENWRRDEA-地址锁 存器地址锁 存器地址总线 神调 控制总线图3-2 MCS-51系列单片机片外三

28、总线结构(1)地址总线(Address Bus, AB)： MCS-51系列单片机总共有16根地址线 A15A0,片外存储器可寻址范围达64KB (265536字节)，由P2 口直接提供高8 位地址A15A8, P0 口经地址锁存器提供低8位地址A7A0。(2)数据总线(DataBus, DB)： MCS-51系列单片机总共有8根数据线D7DO, 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 口的第二功能顿(P3. 6)、 近(P3. 7)和3根独立的控制线函、ALE、

29、函函组成。1.4 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，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度芯片擦除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。2硬件设计2.1

30、震荡电路为彩灯循环系统提供稳定频率波在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机 之间时钟信号的同步，引入唯一的外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时外 部的脉冲信号是经单片机89c51的XTAL2引脚注入的；在MCS 51单片机片内有一 个高增益的反相放大器，反相放大器的输入端为XTAL1,输出端为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Cl、C2形成反馈电路，可构成 稳定的自激振荡器，振荡频率范围通常是1.212MHz。晶体振荡频率高，则系统的晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端送入内部时钟电路，它将该振荡信号二分频, 产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。时钟信

31、号的周期称为状态时间S, 它是振荡周期的2倍，P1信号在每个状态的前半周期有效，在每个状态的后半周期 P2信号有效。CPU就是以两相时钟P1和P2为基本节拍协调单片机各部分有效工作 的。MCS-51单片机时钟电路示意图如图4所示。二分频3-5 MCS-51单片机时钟振荡电路示意图振荡电路产生的振荡脉冲并不直接使用，而是经分频后再为系统所用。振荡脉 冲在片内通过一个时钟发生电路二分频后才作为系统的时钟信号。片内时钟发生电 路实质上是一个二分频的触发器，其输入来自振荡器，输出为二相时钟信号，即状 态时钟信号，其频率为fosc/2；状态时钟三分频后为ALE信号，其频率为fosc/6；状态时钟六分频后

32、为机器周期，其频率为fsc/12。在图3-4中，使用晶体振荡器时，Cl、C2取值3010pF；使用陶瓷振荡器时, CK C2取值4010pF。CK C2的取值虽然没有严格的要求，但电容的大小影响振 荡电路的稳定性和快速性，通常取值2030pF。在设计印制电路板时，晶振和电容 等应尽可能靠近芯片，以减少分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。OCH也可以由外部时钟电路向片内输入脉冲信号作为单片机的振荡脉冲。这时外部 脉冲信号是经XTAL1引脚引入的，而XTAL2引脚悬空或接地。对外部信号的占空比 没有要求，但高低电平持续的时间不应小于20ns。这种方式常用于多块芯片同时工 作，便于同步。其外部脉冲接入方式如图3-6所示。XTAL2MCS-51XTAL13-6 MCS-51单片机外部时钟输入接线图所谓时序，是指在指令执行过程中，CPU的控制器所发出的一系列特定的控制 信号在时间上的先后关系。CPU发出的控制信号有两类：一类是用于单片机内部的, 用户不能直接接触此类信号，不必对它作过多了解；另一类是通过控制总线送到片 外的，人们通常以时序图的形式来表示相关信号的波形及出现的先后次序。为了说2. 2LED电路显示如图所示，P0 口控制LED灯DD8的显示。限流电阻为470欧姆，经过的电流 大概为10mAo