《微型计算机系统》课程设计基于单片机的跑马灯设计大学论文.docx
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《微型计算机系统》课程设计基于单片机的跑马灯设计大学论文
《微型计算机系统》课程设计
任务书
题目名称:
基于单片机的跑马灯设计
专业自动化班自本132
姓名刘鑫伟学号201328201
学校:
青岛理工大学自动化学院
指导教师:
史贺男
2015年11月30日
青岛理工大学自动化工程学院
课程设计任务书
课程名称:
微型计算机系统
设计题目:
基于单片机的跑马灯设计
系统硬件要求:
根据实际要求,以MCS-51单片机为核心,设计3个按键,每个按键对应一个花样,可手动显示,即按一个按键,显示一种花样,也可以再设计一个按键用于连续显示每个花样,每个花样显示的时间和花样设计者自己规定,并在论文中给定。
设计控制系统硬件电路,编写C语言或汇编语言程序,并用PROTEUS软件进行实时仿真。
要求:
(1)扩展接口(8255或8155),设计至少4个按键
(2)设计至少32个LED
(3)LED显示至少有3种花样,可单独显示也可自动循环显示
软件设计:
1)主程序设计
2)各功能子程序设计
其他要求:
1、每位同学独立完成本设计。
2、依据题目要求,提出系统设计方案。
3、设计系统电路原理图。
1、调试系统硬件电路、功能程序。
2、编制课程设计报告书并装订成册,报告书内容(按顺序)
(1)报告书封面
(2)课程设计任务书
(3)系统设计方案的提出、分析
(4)系统中典型电路的分析
(5)系统软件结构框图
(6)系统电路原理图
(7)源程序
(8)课设字数不少于3000字
成绩
评语
目录
第一节 AT89C51芯片分析………………………………………………………I
第二节 设计概述 ………………………………………………………………3
第三节算法 ………………………………………………………………..…5
第四节编程技巧…………………………………………………………………7
第五节电路设计及功能说明,硬件原理框图及电路图(包括接口芯片简介).8
第六节调试过程中的主要难点(自己遇到的)及解决思路和办法;………….8
课设结果及分析、收获、体会和建议;………………………………………….9
参考文献 …………………………………………………………………………10
附录1………………………………………………………………………………11
附录2………………………………………………………………………………12
第一节 AT89C51芯片分析
ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器,将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51的芯片引脚图如下:
各引脚的说明和功能分析如下:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个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,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
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当8051通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。
初始化后,程序计数器PC指向0000H,P0-P3输出口全部为高电平,堆栈指钟写入07H,其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序。
然而,初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0-R7)的状态,
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。
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:
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。
第二节 设计概述
本程序设计意在展示跑马灯的色彩样式及“跑马”变换效果,如果将跑马灯做大,会有很高的观赏价值。
通过对一些相关书籍资料的查阅及网上各种作品和代码的浏览,对各种实现代码的比较和优化,总结出本程序,以较优秀的代码实现各种可控的“跑马灯”功能。
硬件系统部分包括显示部分、按键控制部分和控制芯片。
系统框图如下:
第三节算法
编译两个函数,分别是void display( )函数和void delay( )函数,前者是LED显示函数,后者是延时函数。
程序的开始,先定义各个参数、各口的地址以及各个位。
主函数中,定义y1、y2分别为PA口PB口的相应地址,控制各个LED灯的亮灭;m为显示函数void display( )中for循环的个数,控制LED灯亮灭循环;k1、k2分别为PA口PB口地址转移的个数,控制PA口PB口地址转移的方式;t为延迟的参数,顺、跳两模式定义不同的k值和m值。
然后定义CPU的各个状态,使其正常工作。
在顺序显示中,先进入while
(1)循环,循环中两判断条件if(P1==0xfd),令k1=1,实现顺显示,和if(P1==0xfb),令k2=2实现跳显示。
根据条件进入相应模式,各有一个LED灯亮、两个LED灯亮、四个LED灯亮、八个LED灯亮,和一个LED灯、两个LED灯、四个LED灯间隔亮
显示函数void display( )中, 两个for循环分别控制PA口PB口LED灯的循环模式,其中n为for循环的次数。
先定义PA口PB口的首地址outdata1、outdata2进入循环,函数_cror_和_crol_控制他们地址不同的转移方式,k为其中的转移的个数。
t为延迟函数的参数,控制亮灭延迟的时间。
延迟函数void delay( )中,t为延迟的参数,控制程序中所需的延迟时间。
程序中各个参数之间都一一对应,根据要求相互呼应。
通过控制这些参数的量值来实现硬件仿真中多种跑马灯的运行模式。
第四节编程技巧
设计中,我将与PA相连的LED灯顺序排列,与PB相连的逆序排列,要注意两组初始值并不相同,明确参数间的关系,多个参数组合使用,实现跑马灯的多种运行方式。
第五节电路设计及功能说明,硬件原理框图及电路图(包括接口芯片简介);
本次设计采用AT89C52芯片驱动可编程接口芯片8155的扩展来实现LED灯的多种显示方式。
让AT89C52芯片的P0口与8155芯片的三态双向数据总线D0~D7连接,实现数据传送。
当CPU 执行输入输出指令时,通过它实现8位数据的读/写操作,控制字和状态信息也通过数据总线传送。
8155的地址选择线A1、A0分别与AT89C52的P2.7和P2.6连接,通过定义不同的地址来定义8155芯片PA口和PB口的工作方式。
读写命令线分别与单片机的读写命令线相连,片选线直接接地,复位线RESET接单片机的P2.5。
同时PA口与8个LED灯顺序连接。
PB口与8个LED灯逆序连接,通过按键控制可以选择不同的运行模式,实现多种跑马灯的运行模式。
第六节调试过程中的主要难点(自己遇到的)及解决思路和办法;
设计中与PA口连接的LED灯是顺序依次亮,与PB口连接的LED灯是逆序依次亮,要注意PA初始状态分别是fe、fc、f0、00,PB初始状态分别是7f、3f、0f、00。
其次PB口跳跃亮,所以k2初始值为2。
课设结果及分析、收获、体会和建议;
通过此次为期两周的课程设计,我加深了对单片机以及C语言的认识和理解,使各部分的知识得到了进一步的巩固。
将平时学的理论知识真正应用到实际中,实现了学与用相结合,应用单片机这一开发环境,软硬件结合来达到设计一实物的目的。
同时还了解了两个专业软件:
KEIL C和PROTEUS仿真软件,现在基本熟悉了他们的应用与相关知识。
此次课程设计,关键的是整个课设过程,这中间有着我们的辛勤劳动和认真的思考,过程有些枯燥,但却十分有意义。
仿真和程序的编写都会遇到很多问题,但我们保持耐心,认真对待,问题终会解决。
整个过程认真坚持下来,你会收获很多,体会很多,不管是对以后的学习,还是对我们的自身本事的锻炼,这些都是我们非常宝贵的财富。
课设过程中遇到的苦难,通过对设计的认真分析以及与同学们的讨论,找到了其中的出错点,将其改正,每个问题都这样一一改正,整个课设完成的十分成功。
此次课设还锻炼了我们的动手能力,开阔了我们的思维境界,使我们的知识更丰富,不仅加深了我们对所学专业的认识,更增加了我们对所学专业的兴趣!
参考文献
1 C语言程序设计教程 张敏霞,孙丽凤主编 北京:
电子工业出版社,2007.3
2 单片机原理及接口技术 胡汉才主编 北京:
清华大学出版社,2010.5
3模拟电路课本
4数字电路课本
附录1
附录2
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define PA XBYTE[0x00]
#define PB XBYTE[0x01]
#define PC XBYTE[0x02]
#define COM XBYTE[0x03]
sbit k1=P1^0;
sbit k2=P1^1;
sbit k3=P1^2;
sbit k4=P1^3;
uchar code lie[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
uchar code hangk0[8]={0x00,0xc3,0xc3,0xff,0xff,0xc3,0xc3,0x00};
uchar code hangk1[8]={0x1e,0x21,0x42,0x84,0x84,0x42,0x21,0x1e};
uchar code hangk2[8]={0x00,0x00,0x7f,0x88,0x88,0x67,0x00,0x00};
unsigned char mode;
unsigned char key;
void keyscan(void);
void delay(uchar t);
void light0(void);
void light1(void);
void light2(void);
void main()
{
PA=0; PB=0;
COM=0x80;
IT0=1;
EX0=1;
EA=1;
while
(1)
{
switch(key)
{
case 1:
light0(); break;
case 2:
light1(); break;
case 3:
light2(); break;
case 4:
light0();delay(1000);light1();delay(1000);light2();delay(1000); break;
default:
break;
}
}
}
void int0(void) interrupt 0
{
keyscan();
}
void delay(uchar t)
{
uchar i=0;
while(t--) for(i=0;i<120;i++);
}
void keyscan(void)
{
if(k1==0)
{
delay(10);
if(k1==0)
{
while(!
k1);
key=1;
}
}
if(k2==0)
{
delay(10);
if(k2==0)
{
while(!
k2);
key=2;
}
}
if(k3==0)
{
delay(10);
if(k3==0)
{
while(!
k3);
key=3;
}
}
if(k4==0)
{
delay(10);
if(k4==0)
{
while(!
k4);
key=4;
}
}
}
void light0()
{
unsigned char a;
for(a=0;a<8;a++)
{
PA=lie[a];
PB=hangk0[a];
delay(5);
}
}
void light1()
{
unsigned char x;
for(x=0;x<8;x++)
{
PA=lie[x];
PB=hangk1[x];
delay(5);
}
}
void light2()
{
unsigned char y;
for(y=0;y<8;y++)
{
PA=lie[y];
PB=hangk2[y];
delay(5);
}
}
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