心形流水灯设计报告docWord文档格式.docx
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所在学院
电子信息与电气工程学院
专业、年级、班
设计要求:
1、设计一个用单片机控制的的心形流水灯系统;
2、LED灯数量为32个;
3、可以实现循环点亮、依次熄灭的基本功能;
4、可以实现对角闪亮、间隔闪亮、顺时针闪亮、逆时针闪亮等多种功能。
学生应完成的任务:
完成心形流水灯电路设计,利用Keil软件编写程序,Proteus软件进行电路功能仿真,利用AltiumDesigner软件绘制电路原理图,设计制作电路的PCB板,对电路进行安装、调试,并提交课程设计报告。
参考文献:
[1]林志琦.基于Proteus的单片机可视化软硬件仿真[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2006.
[2]何立民.MCS-51单片机应用系统设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社,1990.
[3]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京:
高等教育出版社,2004.
[4]谷树忠,刘文洲,姜航.AltiumDesigner教程-原理图、PCB设计与仿真.北京:
电子工业出版社,2010.
[5]张阳天,韩异凡.ProtelDXP电路设计[M].北京:
高等教育出版社,2005.
工作计划:
4月20日—4月22日,拟定系统硬件方案;
4月23—4月24日,完成系统软件设计;
4月25日—4月26日,编写程序;
4月27日—4月28日,烧录程序并制作系统硬件电路;
4月29日—4月30日,书写课程设计报告并提交。
任务下达日期:
2015年4月20日
任务完成日期:
2015年4月30日
指导教师(签名):
学生(签名):
摘要:
设计了一个心形流水灯电路,该电路可以实现32个LED灯循环闪亮、依次熄灭、对角闪亮、对角熄灭、间隔闪亮、间隔熄灭等多种功能。
该电路主要由单片机芯片STC89C52、电源电路、时钟电路、复位电路和显示电路组成。
利用Keil软件编写C语言程序,并生成目标代码Hex文件。
使用Proteus软件设计仿真电路,并调入已编译好的目标代码,即可在仿真图中看到模拟实物的运行状态和过程。
使用AltiumDesigner软件对电路进行原理图设计和PCB设计,并对该电路行安装和调试,调试结果可以实现流水灯的多种亮灭循环的功能。
本人主要负责程序设计。
关键词:
心形流水灯;
STC89C52;
复位电路;
时钟电路;
电路仿真
1.设计背景
1.1流水灯在生活中的应用
随着现代科学技术的持续进步和发展以及人们生活水平的不断提高,以大规模、超大规模集成电路为首的电子工艺技术的使用也越来越广泛,结合单片机技术设计的电子电路也层出不穷。
LED彩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。
利用控制电路可使彩灯按一定的规律不断的改变状态,不仅可以获得良好的观赏效果,而且可以省电。
彩灯的运用已经遍布于人们的生活中,从歌舞厅到卡拉OK包房,从节日的祝贺到日常生活中的点缀,这些不仅说明了我们对生活的要求有了质的飞跃,也说明科技在现实生活中的运用有了较大的发展。
在这一设计中我们将运用单片机技术,与单片机芯片STC89C52的功能,对心形流水灯系统进行设计,来实现流水灯的多种亮与灭的循环,给人带来美感。
1.2单片机在生产及生活中的应用
单片微计算机自20世纪70年代问世以来,已对人类生活产生了巨大的影响。
尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机,由于其具有集成度高、可靠性强、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点,在世界范围内已经得到了广泛的普及和应用。
也正是由于单片机的这些特点,它的出现是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物,给工业自动化等领域带来了一场重大的革命。
单片机体积小,很容易嵌入到系统之中,以实现各种方式的检测、计算或控制,而一般的微型计算机无法做到。
由于单片机本身就是一个微型计算机,因此只要在单片机的外部适当的增加一些必要的外围扩展电路,就可以灵活的构成各种应用系统,如工业自动检测监控系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。
除此之外,单片机在家用电器中的应用也很普及,例如,洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加湿机、消毒柜等,在这些设备中嵌入了单片机之后,其功能和性能大大提高,并可实现智能化和最优化控制。
2.设计方案
2.1方案对比
1、单片机芯片的比较与选择
单片机作为该电路的主要控制器芯片,即整个系统的控制核心部分,主要是负责控制LED灯的不同变化速度以及变化效果。
因此对单片机芯片的选择,必须要求其功耗低、数据转换速率快。
方案一:
采用STC89C52单片机。
STC89C52单片机是一种低耗、可编程、高性能的8位微控制处理器,其内部包括微处理器、具有8K的系统可编程Flash存储器、看门狗定时器、输入/输出口、中断系统等,其具有价格低廉、技术成熟、操作简单等特点,满足本系统的要求。
方案二:
选择TI公司生产的MSP430F149系列单片机系统。
此款单片机具有低电压、超低功耗的特点,工作电压在3.6-1.8V之间,具有强大的功能和高效的运算处理能力。
方案选择:
由于STC89C52芯片价格便宜,支持在线下载程序而且MSP430F149系列单片机的功能已经远远高于我们本系统,操作不便。
综合考虑,我们选择方案一。
2、LED灯控制方式的比较与选择
选用单片机I/O口一对一直接控制LED灯,正好控制32个LED灯。
采用74HC573锁存器控制LED灯,当运用两片74HC573锁存器就可以控制32个LED灯,只占用了单片机的10个I/O口,这样可以减少I/O口数量。
为了操作方便,减少复杂的步骤,我们采取方案一。
2.2STC89C52芯片功能
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能的微控制器,具有8K的系统可编程Flash存储器,其具有传统51单片机不具备的功能,在经典的MCS-51内核上做了很多的改进,使得STC89C52在处理嵌入式控制应用系统时更加高效、灵活。
STC89C52具有以下标准功能:
4个外部中断、全双工串行口、一个7向量4级中断结构、3个16位定时器/计数器、8K字节Flash、512字节RAM(随机存储器)、看门狗定时器,其12周期和6周期可以任意选择,其工作电压在3V~5.5V之间,工作频率在0~40MHZ,实际工作频率可达48MHZ。
其管脚的封装图如图1所示。
图1单片机管脚封装图
1、电源引脚
(1)VCC(38脚):
芯片电源,接+5V;
(2)GND(16脚):
接地端;
2、时钟引脚
(1)XTAL1(15脚):
片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。
当使用片内振荡器时,该引脚连接外部石英晶体和微调电容;
当采用外接时钟源时,该引脚接外部时钟振荡器的信号。
(2)XTAL2(14脚):
片内振荡器反相放大器的输出端。
当采用外部时钟源时,该引脚悬空。
3、控制引脚
(1)ALE(27脚):
用来锁存P0口送出的低8位地址
(2)PSEN(26脚:
外部ROM读选通信号。
(3)RST(4脚):
复位信号输入端。
(4)EA’/Vpp(29脚):
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
4、并行I/O引线
(1)P0口:
8位,漏极开路的双向I/O口。
当STC89C52扩展外部存储器及I/O接口芯片时,P0口作为地址总线(低8位)及数据总线的分时复用端口。
P0口也可作为通用的I/O口使用,但需要上拉电阻,这时为准双向口。
当作为通用的I/O输入时,应先向端口输出锁存器写入1,P0口可驱动8个TTL负载。
(2)P1口:
8位,准双向I/O口,具有内部上拉电阻。
P1是专为用户使用的准双向I/O口。
当作为通用的I/O口输入时,应先向端口锁存器输入1,P1口可驱动4个LS型TTL负载。
(3)P2口:
当STC89C52扩展外部存储器及I/O口时,P2作为高8位地址总线用,输出高8位地址。
P2口也可作为普通的I/O口使用。
当作为普通的I/O口使用时,应先向端口锁存器输入1,P1口可驱动4个LS型TTL负载。
(4)P3口:
P3口可作为普通的I/O口使用,当作为普通的I/O输入时,应先向端口输出锁存器输入1,P3口可驱动4个LS型TTL负载。
P3口还可提供第二功能,其第二功能定义见表1。
表1P3口第二功能定义表
引脚
第二功能
说明
P3.0
RXD
串行数据输入口
P3.1
TXD
串行数据输出口
P3.2
INT0’
外部中断0输入
P3.3
INT1’
外部中断1输入
P3.4
T0
定时器0外部计数输入
P3.5
T1
定时器1外部计数输入
P3.6
WR’
外部数据存储器写选通输入
P3.7
RD’
外部数据存储器读选通输入
(4)P4口:
可实现位寻址。
2.3方案论证
按照单片机系统扩展与系统配置状况,单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。
STC89C52单片机是本次课程设计运用的主要元件。
心形流水灯设计使用一个带有32个发光二极管的单片机最小应用系统,即为发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。
如果要让接在P0、P1、P2、P3口的LED灯亮起来,只要将P0、P1、P2、P3口的电平变为低电平就可以了。
因此,要实现流水灯功能,要将LED依次点亮、熄灭,32只LED灯便会一亮一暗做流水灯了。
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,在控制LED亮灭的时候应该延时一段时间,否则就看不到"
流水"
效果了。
硬件设计框图如图2所示。
图2硬件设计框图
3.方案实施
3.1电路原理图设计
1、电源电路
本次课程设计,单片机正常工作要求输出电压为稳定的5V,输出电压能够适应所带负载的启动项能。
并且电路还必须简单可靠,能够输出足够大的电流,但是不至于会烧坏元器件。
我们采用USB取电,4.8V锂电池供电。
电源电路如图所示,C1和C2起到滤波作用,R18和R19的作用是平衡电路中的电流,以免在只有1个LED灯亮时烧坏元器件。
电源电路如图3所示。
图3电源电路图
2、时钟电路
单片机内有一个由反相放大器所构成的振荡电路,XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。
在XTAL1和XTAL2引脚上外接石英晶体和微调电容构成并联振荡回路。
晶振频率设置为11.0592MHZ,作用是产生时钟信号。
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,单片接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。
电容值为30pF,可以起到频率微调作用。
时钟电路如图4所示。
图4时钟电路图
3、复位电路
单片机RST接口为复位信号输入端,高电平有效。
在该引脚上加上持续时间大于两个机器周期的高电平,就可以使单片机复位。
在单片机正常工作时,此引脚应为小于或等于0.5V的低电平。
复位电路接单片机RST端口,在RST输入端出现高电平时实现复位和初始化。
复位电路如5所示。
图5复位电路
4、显示电路
单片机的P0口为8
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