流水灯设计.docx

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流水灯设计

新能源与动力工程学院

课程设计报告

单片机系统课程设计

专业：

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

2014年7月

新能源与动力工程学院课程设计任务书

课程名称：

单片机系统课程设计指导教师（签名）：

班级：

姓名：

学号：

一、课程设计题目

单片机流水灯设计

二、课程设计使用的原始资料（数据）及设计技术要求：

1.教材

2.课程设计说明书

三、课程设计的目的

通过课程设计，主要达到以下目的：

1．使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解；

2．使学生掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、I/O口等；

3．使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。

四、课程设计的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）

应用STC89C52芯片，用单片机的P1口作为输出使用，控制8只发光二极管，使发光二极管呈流水灯方式显示。

流水灯显示情况如下表。

时间

点亮的LED

时间

点亮的LED

T0

D0D1D2D3D4D5D6D7

T8

T1

D1D2D3D4D5D6D7

T9

D0

T2

D2D3D4D5D6D7

T10

D0D1

T3

D3D4D5D6D7

T11

D0D1D2

T4

D4D5D6D7

T12

D0D1D2D3

T5

D5D6D7

T13

D0D1D2D3D4

T6

D6D7

T14

D0D1D2D3D4D5

T7

D7

T15

D0D1D2D3D4D5D6

五、工作进度安排

时间

设计内容

要求

星期一

熟悉题目、查阅资料，拟定设计方案

按要求制定出切实可行的方案

星期二

设计硬件电路及软件程序

完成硬件设计及程序设计

星期三

～四

仿真调试及产品焊接

先进行计算机仿真再完成实际焊接

星期五

～六

产品整理调试并完成设计报告

实现设计要求，报告按要求装订成册

星期日

答辩

展示产品，并简明扼要自述五分钟

六、主要参考文献

[1]王思明，张金敏，张鑫，苟军年，杨乔礼编著.单片机原理及应用系统设计[M].北京:

科学出版社，2012.9

审核批准意见

系主任（签字）　　年　　月　　日

指导教师评语及成绩评定表

指导教师评语

成绩

设计过程

（40）

设计报告

（50）

小组答辩

（10）

总成绩

（100）

指导教师签字：

年月日

绪论

单片机全称叫单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）,是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。

1引言

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，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灯由于其丰富的灯光色彩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。

本设计是利用价格低廉的STC89C52系列单片机控制基色LED灯泡从而实现丰富的变化。

为此，对人员进行如下分工，以便更好的完成单片机课程设计，组员任务分配如下表所示：

任务分配

人员名单

硬件电路设计

杨亚平王石英

软件程序编写

张小康祁宏海王石英

程序调试仿真及修改

张小康陈哲

配件采购

陈哲

器件焊接

张小康陈哲祁宏海杨亚平

表1组员任务分配

1.1设计任务

设计一个单片机控制的流水灯系统

1.2设计意义

单片机课程设计主要是为了让我们增进对STC89C52单片机电路的感性认识，加深对理论方面的理解。

了解软硬件的有关知识，并掌握软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现应用系统打下良好基础。

另外，通过简单课题的设计练习，使我们了解必须提交的各项工程文件，达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。

1.3设计思路

本课题使用STC89C52单片机时无须外扩存储器。

因此，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、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P1.0口的LED0亮起来，那么只要把P1.0口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在P1.0口的LED0熄灭，就要把P1.0口的电平变为高电平；同理，接在P1.1～P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED0。

因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED0～LED7按流水形式点亮、熄灭，8只LED灯便会呈现出流水灯的效果。

在此我们注意一点，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，在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“流水”效果了。

1.4设计目的

通过课程设计，主要达到以下目的：

1．增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解；

2．掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、I/O口等；

3．了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。

2总体设计

2.1系统框图

图1系统组成框图

3设计步骤

3.1STC89C52简介

1.芯片由UNTITLED—ISISPROFESSIONAL实验系统提供（STC89C52）

1）主要特性：

与MCS-51兼容

4K字节可编程闪烁存储器

寿命：

1000写/擦循环

数据保留时间：

10年

全静态工作：

0Hz—24Hz

三级程序存储器锁定

128*8位内部RAM

32可编程I/O线

5个中断源

可编程串行通道

低功耗的闲置和掉电模式

片内震荡器和时钟电路

2）管脚说明：

①电源引脚

Vcc（40脚）：

芯片电源，接＋5V。

Vss（20脚）：

接低电平。

②外部晶振

XTAL1、XTAL2分别与晶振两端相连接。

③输入输出口引脚：

P0口：

I/O双向口。

作输入口时，应先软件置“1”。

P1口：

I/O双向口。

作输入口时，应先软件置“1”。

P2口：

I/O双向口。

作输入口时，应先软件置“1”。

P3口：

I/O双向口。

作输入口时，应先软件置“1”。

④控制引脚：

RST、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。

RST（9脚）：

复位信号输入端（高电平有效）。

ALE/-PROG（30脚）：

地址锁存信号输出端。

第二功能：

编程脉冲输入。

-PSEN（29脚）：

外部程序存储器读选通信号。

-EA/Vpp（31脚）：

外部程序存储器使能端。

第二功能：

编程电压输入端。

3）STC89C52单片机的P口特点：

P0口：

是一个8位漏极开路输出型双向I/O端口。

作为输出端口时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。

在访问外部程序或数据存储器时，它是时分多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间将激活内部的上拉电阻。

P1口：

P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P1口的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。

P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

P2口：

P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2口的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。

P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在访问外部程序存储器时和16位外部地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。

在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容，在整个访问期间不会改变。

P3口：

P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P3口的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。

P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

3.2硬件设计

硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。

单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。

本设计选用以STC89C52单片机为主控单元。

显示部分：

8个LED灯按流水形式亮灭。

3.3单片机时钟电路

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。

在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚X1，输出端为引脚X2，在芯片的外部跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。

时钟电路如图2所示。

图2时钟电路

3.4复位电路

电阻的作用是用于上电复位的，VCC以上电，由于电容两端电压不能突变，所以RST上为高电平，然后电容放电，RST就为低电平了，此电路应用自动复位。

复位电路如图3所示。

图3复位电路

3.5工作电路

1）工作电路就是根据总的电路的指令，来反应工作情况。

2）根据各个模块的功能及他们的信号传输，连接电路如图4所示：

图4电路图

4软件设计

4.1设计要求

用单片机的P1口作为输出使用，控制8只发光二极管，使发光二极管呈流水灯方式显示。

流水灯显示情况如表2所示。

时间

点亮的LED

时间

点亮的LED

T0

D0D1D2D3D4D5D6D7

T8

T1

D1D2D3D4D5D6D7

T9

D0

T2

D2D3D4D5D6D7

T10

D0D1

T3

D3D4D5D6D7

T11

D0D1D2

T4

D4D5D6D7

T12

D0D1D2D3

T5

D5D6D7

T13

D0D1D2D3D4

T6

D6D7

T14

D0D1D2D3D4D5

T7

D7

T15

D0D1D2D3D4D5D6

表2流水灯显示情况

4.2软件的流程图

图5程序流程图

4.3程序代码

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0030H

MAIN:

MOVP1,#00H

LCALLYS

MOVP1,#01H

LCALLYS

MOVP1,#03H

LCALLYS

MOVP1,#07H

LCALLYS

MOVP1,#0FH

LCALLYS

MOVP1,#1FH

LCALLYS

MOVP1,#3FH

LCALLYS

MOVP1,#7FH

LCALLYS

MOVP1,#0FFH

LCALLYS

MOVP1,#0FEH

LCALLYS

MOVP1,#0FCH

LCALLYS

MOVP1,#0F8H

LCALLYS

MOVP1,#0F0H

LCALLYS

MOVP1,#0E0H

LCALLYS

MOVP1,#0C0H

LCALLYS

MOVP1,#80H

LCALLYS

LJMPMAIN

ORG0100H

YS:

MOVR7,#2

L1:

MOVR6,#0FFH

L2:

MOVR5,#0FFH

L3:

DJNZR5,L3

DJNZR6,L2

DJNZR7,L1

RET

END

5软件调试

软件调试一般分为以下四个阶段：

1、编写程序并查错；

2、在汇编语言的编译系统中编译源程序

3、对程序进行编译连接，并及时发现程序中存在的错误；

4、改正错误。

在软件调试过程中，对出现的错误进行了认真的分析和修改，多次调试成功后，能够很好的达到既定的设计效果。

6总结

当上述程序之一编写好以后，我们需要使用Keil软件对其进行编译，在程序调试好后需要生成一个扩展名为hex的文件，此为单片机所能识别的十六进制代码，然后再用编程器将其烧录到STC89C52单片机中，最后连接好电路通电，我们就能看到LED0～LED7的“流水”效果了。

7心得体会

由于本次课程设计含括了软件和硬件知识，所以在完成课程设计的同时也让我了解到了我在软硬件设计和制作方面的不足。

在这次的设计过程中我所担任的工作是软件程序编写和调试以及对电路板各元器件的连接和焊接工作，虽然看似简单，但做起来却是一个细致的工作，尤其是对于一些引脚的焊接工作，更是要细中再细，因为这些元器件的引脚距离都是比较近的，一旦将不该连接的引脚焊接到了一起，该元器件就会失它原来的工作效果，还很有可能将整个电路短路。

对于软件方面，刚开始时，还是一头雾水，不知该从何下手，不过在我认真理解题目的情况下，最终我也顺利编写出了程序，并且调试成功。

通过这次课程设计，我知道了团队的力量，只有互相团结，才能把事情做好，组员分工合作，每个人根据自己的能力范围负责不同的工作，达到事半功倍的效果。

而在这次的设计过程中让我深深的了解了我在软件、硬件方面的许多不足之处，对于今后的学习和工作都有了一次很好的借鉴经验。

参考文献

[1]王思明，张金敏，张鑫，苟军年，杨乔礼编著.单片机原理及应用系统设计[M].北京:

科学出版社，2012.9

[2]杨恢先，黄辉先著.单片机原理与应用.人民邮电出版，2009.7

[3]冯博琴，吴宁主编.微型计算机原理与接口技术[M].北京:

清华出版社，2007

[4]王威著.HCS12微控制器原理及应用.北京航空航天大学出版社，2007.10

[5]胡洪波著.单片机原理与应用实验教程.湘潭大学出版社，2009.7

附录1元件清单

元器件的选择应该合理，以满足功能要求为原则，否则会造成资源的浪费。

序号

元件名称

元件型号

数量

备注

1

单片机芯片

STC89C52

1片

DIP封装

2

发光二极管

Φ5

8只

普通型

3

晶振

1只

12MHz

4

电容

30pF

2只

瓷片电容

22uF

1只

电解电容

5

电阻

220Ω

8只

碳膜电阻

10kΩ

1只

碳膜电阻

6

40脚IC座

1片

安装STC89C52芯片

7

导线

若干