基于单片机的跑马灯系统的设计与实现.docx
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基于单片机的跑马灯系统的设计与实现
《单片机及控制系统设计》
课程设计报告
题目:
基于单片机的跑马灯系统的设计与实现
院(系):
机电与自动化学院
专业班级:
电气自动化技术0901
学生姓名:
詹志鹏
学号:
20092822006
指导教师:
汪媛
2011年12月26日至2012年1月10日
华中科技大学武昌分校
1设计题目及要求………………………………………………………………………1
1.1设计题目…………………………………………………………………………1
1.2设计目的………………………………………………………………………1
1.3控制要求…………………………………………………………………………1
2硬件设计………………………………………………………………………………2
2.1单片机简介………………………………………………………………………2
2.1.1单片机的引脚………………………………………………………………2
2.1.2单片机的内部结构…………………………………………………………3
2.2电源电路…………………………………………………………………………4
2.3时钟电路……………………………………………………………………4
2.4复位电路……………………………………………………………………5
2.5EA/VPP(31脚)的功能和接法………………………………………………6
2.6P0口外接上拉电阻……………………………………………………………6
2.7发光二级管………………………………………………………………………7
2.8显示电路部分……………………………………………………………………8
2.9AT89C51单片机最小系统………………………………………………………9
3软件设计……………………………………………………………………………10
3.1源程序与注释…………………………………………………………………10
3.2软件编译、调试与烧入……………………………………………………11
总结………………………………………………………………………………16
附录实物图……………………………………………………………………………17
参考文献………………………………………………………………………………18
1.设计题目及要求
1.1设计题目
单片机小系统版控制LED灯
1.2设计目的
1.单片机最小应用系统的硬件设计技能训练;
2.ASM语言或C51语言软件编程与调试技能训练;
3.“下载及烧录(固化)程序”开发技能训练;
4.Protell软件应用技能训练;
1.3控制要求
按键及外部中断控制二级管灯(自右向左)
1.按键控制8个LED灯循环自右向左依次点亮
2.间隔时间可以自行设计
3.单号灯亮双号灯灭
7→5→3→1→7→5→3→1……
1.外部中断控制8个LED灯循环自右向左依次点亮
2.间隔时间可以自行设计
3.双号灯亮单号灯灭
8→6→4→2→8→6→4→2……
2.硬件设计
2.1单片机简介
2.1.1单片机的引脚
(1)电源:
40号引脚VCC是芯片电源,接+5V。
20号引脚VSS为电源接地端。
(2)时钟引脚:
XTAL2(18号脚)采用内部时钟电路时,外接晶体振荡器;采用外部时钟电路时,此引脚接地。
XTAL1(19号脚)采用内部时钟电路时,外接晶体振荡器;采用外部时钟电路时,此引脚接外部时钟源。
(3)控制引脚:
ALE/为地址锁存允许信号,用来把低8位地址锁存到外部地址锁存器。
ALE引脚以不变的1/6振荡频率周期性地发出正脉冲信号,可用做对外输出的时钟信号。
(4)I/O口线:
P0口(32~39号脚)为双向输入/输出端口。
P1口(1~8号脚)为准双向输入/输出端口。
P2口(21~28号脚)为准双向输入/输出端口。
P3口(10~17号脚)为准双向输入/输出端口。
2.1.2单片机的内部结构
51系列单片机主要包括CPU、程序存储器、数据存储器以及接口电路等各组成部分。
单片机内部结构框图
单片机的内部结构:
①1个8位的CPU。
②时钟电路。
③程序存储器。
④数据存储器。
⑤定时器/计数器。
⑥4个并行口。
⑦1个全双工串行口。
⑧5个中断源。
2.2电源电路
电源模块通过7805稳压之后稳定的输出5v电压,以供整个系统工作。
7805系列为三端正稳压电路,TO-220封装,能提供多种固定的输出电压,应用范围广。
内含过流、过热和过载保护电路。
带散热片时,输出电流可达1A。
虽然是固定稳压电路,但使用外接元件,可获得不同的电压和电流。
主要特点:
输出电流可达1A,输出电压有:
5V,过热保护,短路保护,输出晶体管SOA保护。
2.3时钟电路
在设计时钟电路之前,让我们先了解下51单片机上的时钟管脚:
XTAL1(19脚):
芯片内部振荡电路输入端。
XTAL2(18脚):
芯片内部振荡电路输出端。
XTAL1和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器,它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器,或者是器件直接由外部时钟驱动。
图中采用的是内时钟模式,即采用利用芯片内部的振荡电路,在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件(一个石英晶体和两个电容),内部振荡器便能产生自激振荡。
一般来说晶振可以在1.2~12MHz之间任选,甚至可以达到24MHz或者更高,但是频率越高功耗也就越大。
在本实验套件中采用的11.0592M的石英晶振。
和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响,可以起到频率微调作用。
当采用石英晶振时,电容可以在20~40pF之间选择(本实验套件使用30pF);当采用陶瓷谐振器件时,电容要适当地增大一些,在30~50pF之间。
通常选取33pF的陶瓷电容就可以了。
2.4复位电路
在单片机系统中,复位电路是非常关键的,当程序跑飞(运行不正常)或死机(停止运行)时,就需要进行复位。
MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(第9管脚)出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就执行复位操作。
如果RST持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。
复位操作通常有两种基本形式:
上电自动复位和开关复位。
图中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。
上电瞬间,电容两端电压不能突变,此时电容的负极和RESET相连,电压全部加在了电阻上,RESET的输入为高,芯片被复位。
随之+5V电源给电容充电,电阻上的电压逐渐减小,最后约等于0,芯片正常工作。
并联在电容的两端为复位按键,当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位,在芯片正常工作后,通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。
一般来说,只要RST管脚上保持10ms以上的高电平,就能使单片机有效的复位。
图中所示的复位电阻和电容为经典值,实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替,也可自行计算RC充电时间或在工作环境实际测量,以确保单片机的复位电路可靠。
2.5EA/VPP(31脚)的功能和接法
51单片机的EA/VPP(31脚)是内部和外部程序存储器的选择管脚。
当EA保持高电平时,单片机访问内部程序存储器;当EA保持低电平时,则不管是否有内部程序存储器,只访问外部存储器。
对于现今的绝大部分单片机来说,其内部的程序存储器(一般为flash)容量都很大,因此基本上不需要外接程序存储器,而是直接使用内部的存储器。
在本实验套件中,EA管脚接到了VCC上,只使用内部的程序存储器。
2.6P0口外接上拉电阻
51单片机的P0端口为开漏输出,内部无上拉电阻。
所以在当做普通I/O输出数据时,由于V2截止,输出级是漏极开路电路,要使“1”信号(即高电平)正常输出,必须外接上拉电阻。
P0端口的1位结构
另外,避免输入时读取数据出错,也需外接上拉电阻。
在这里简要的说下其原因:
在输入状态下,从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的,但也有例外。
例如,当从内部总线输出低电平后,锁存器Q=0,Q=1,场效应管V1开通,端口线呈低电平状态。
此时无论端口线上外接的信号是低电平还是高电平,从引脚读入单片机的信号都是低电平,因而不能正确地读入端口引脚上的信号。
又如,当从内部总线输出高电平后,锁存器Q=1,Q=0,场效应管V1截止。
如外接引脚信号为低电平,从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。
所以当P0口作为通用I/O接口输入使用时,在输入数据前,应先向P0口写“1”,此时锁存器的Q端为“0”,使输出级的两个场效应管V1、V2均截止,引脚处于悬浮状态,才可作高阻输入。
总结来说:
为了能使P0口在输出时能驱动NMOS电路和避免输入时读取数据出错,需外接上拉电阻。
在本实验套件中采用的是外加一个10K排阻。
此外,51单片机在对端口P0—P3的输入操作上,为避免读错,应先向电路中的锁存
器写入“1”,使场效应管截止,以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。
2.7发光二极管
发光二级管是由III-IV族化合物半导体制成的,其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。
此外,在一定条件下,它还具有发光特性。
在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。
如图所示:
假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后,在与空穴复合发光。
除了这种复合发光外,还有些电子被非发光中心捕获,而后在与空穴复合。
每次释放的能量不大,不可能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光的复合量的比例越大,光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散去内发光的,所以光线仅在靠近PN结面数um以内产生。
发光二极管的特性有极限参数的意义、电参数的意义。
极限参数的意义有允许功耗、最大正向直流电流、最大反向电压和工作环境。
电参数的意义有光谱分布和峰值波长、发光强度、光谱半宽度、半直角和视角、正向工作电流、正向工作电压和V-I特性。
发光二极管的应用:
由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同,所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。
由于发光二极管具有最大正向电流、最大反向电压的限制,使用时,应保证不超过此值。
发光二极管被广泛应用于各种电子仪器和电子设备中,可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。
红外发光二极管被常用于电视机、录象机等的遥控中。
2.8显示电路部分
显示部分主要是由八个LED和两个七段数码管组成,八个LED由限流电阻限流后接入p1口,p0口接入上拉电阻,并接限流电阻和数码管DYP-7-1的七段LED,数码管DYP-7-2的七段LED和限流电阻接入p2口,两个数码管的公共端并接限流电阻后接VCC。
2.9AT89C51单片机最小系统
3.软件设计
3.1源程序与注释
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ORG0003H;下一条语句的地址为0003H
LJMPMAIN;长跳转到MAIN标号执行程序
KS:
SETBIT0;设置IT0(interrupttype)=1,意思是int0下降沿触发
SETBEX0;设置EX0(externelextended)=1,意思是打开外部中断int0允许位
S
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