LED流水灯设计电子设计结业论文.docx
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LED流水灯设计电子设计结业论文
《电子设计结业论文》
课程设计实验报告
实验课题LED霓虹灯设计
姓名
学号
班级
指导老师
目录
第一章设计概述…………………………………………………………………3
1.1设计任务………………………………………………………………………3
1.2设备器材………………………………………………………………………3
第二章硬件设计方案……………………………………………………………3
2.1设计思想………………………………………………………………………3
2.2硬件选择………………………………………………………………4
2.3AT89C52单片机介绍…………………………………………………………4
2.4硬件逻辑图……………………………………………………………7
2.5设计连线………………………………………………………………………8
2.6仿真电路图……………………………………………………………………8
第三章软件设计方案……………………………………………………………8
3.1软件设计思想…………………………………………………………………8
3.2程序流程图……………………………………………………………………9
第四章调试及运行结果…………………………………………………………10
第五章设计心得与体会…………………………………………………………10
参考资料………………………………………………………………………11
源程序清单…………………………………………………………………………11
第一章设计概述
1.1设计任务
设计内容:
利用汇编语言(或C语言),实现8个单色LED灯的左、右循环显示,并实现循环的速度可调。
选用芯片:
8255等
注:
由于实验室的没有提供8255芯片,所以改用单片机完成此实验,并且添加了调节灯明暗的功能,以实现明暗可调。
1.2设备器材
在本设计中,所用到的设备器材如下所示:
(1)计算机一台;
(2)唐都仪器实验箱一台;
(3)AT89C52单片机一片;
(4)导线若干。
第二章硬件设计方案
2.1设计思路
本课题需要用按钮开关实现流水灯的左右循环显示、调速、控制亮度的功能。
可以选用五个开关来实现这些操作。
单片机正在软件运行下通过不断扫描开关状态,来将相关操作对应量送入单片机的输入端口,然后判断属于哪一类操作。
五个开关分别为K1,K2,K3,K4,K5,分别控制流水灯的调向、加速、减速、变亮、变暗。
在设计过程中,接开关的端口要全部保持高电平,当按下一个开关时,输入一个低电平,即为状态改变信号。
不能同时有两个端口同为高电平。
在设计中我主要负责了用云脉冲宽度调制(PWM)波控制LED灯的亮度环节,开始对PWM并不是很了解,通过请教同学和查阅相关资料,渐渐明白了其中的原理。
在主程序运行时通过中断方式调整其输出电压的占空比,从而改变灯泡的亮度。
原理是这样的,主程序的始终频率和中断的始终频率并不相同,大约是中断的一千倍,LED灯在移动时如果响应了中断,则在执行中断程序时,LED灯近似看做没有移动,此时在中断程序中设计一个初值和一个上限,当计数到初值时置灯泡灭掉,在计数到上限之前小灯泡都是熄灭的,到达上限后回0,并置灯泡为亮,继续计数,在到设定的初值时置小灯泡为灭掉。
这样在主程序的一个周期内,中断程序将小灯泡置明置暗了近一千次,通过改变设定的初值可以改变小灯泡的亮度。
2.2硬件选择
本实验选用AT89C52单片机、五个按键开关和8个发光二极管。
其中AT89C52为控制核心,当5个开关的状态改变时,单片机检测到开关信号后就通过软件输出控制发光二极管。
2.3AT89C52单片机介绍
AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线。
AT89C52的内部结构图如下:
引脚图如下:
引脚功能说明:
P0口:
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时,可作为高阻抗输入端用。
访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
P1口:
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
与AT89C51不同之处是,P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX),
参见表1。
Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。
表.P1.0和P1.1的第二功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2,时钟输出
P1.1
T2EX(定时/计数器2)
P2口:
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX@RI指令)时,P2口输出P2锁存器的内容。
Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和一些控制信号。
P3口:
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。
P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能。
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
ALE/PROG:
当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是:
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。
如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。
该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。
PSEN:
程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲。
在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP:
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H—FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。
需注意的是:
如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1:
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
2.4硬件连接框图
单片机从开关上提取不同输入信号,进行相应的软件操作,反映输出在发光二极管上。
2.5设计连线
本实验的连线为:
开关使用唐都试验箱上的5个开关,分别接到单片机的P2.0—P2.4口,然后发光二极管分别接到单片机的P1.0—P1.7口。
2.6实验仿真电路图
第三章软件设计方案
3.1软件设计思想
一个完整的系统仅有硬件是不够的,还要有软件的配合。
软件和硬件对一个系统来说都是不可或缺的。
本实验采用C语言编程,在具体设计中,通过GetKey()函数来不停的扫描开关的状态,通过KeyProcess()来确定输入的信号,即按键的位置,从而执行不同的子程序内容,实现LED灯的控制。
3.2程序流程图
第四章调试及运行结果
通过设计和编写程序代码,讲程序通过Keil软件编译后生成的hex文件写进AT89C52中,便可操作。
为当拨动相应的开关时,看LED灯的变化。
调试过程中问题很多,主要原因是对单片机结构的不熟悉,其次就是程序中的一些问题。
但通过努力,都被一一解决。
实际接线前我们先用protues仿真了一下实验结果,确认无误后接线,这样提高了调试的时间。
第五章心得体会
经过四次的上机课程设计,在我和**同学的共同努力下,顺利的完成了任务,并在其中体现了自己的独创部分。
同时我感觉自己学到了很多。
首先是要把理论和实际相结合起来,从理论中得出结论,然后再实践,从而提高自己的实际动手能力和独立思考问题的能力。
在设计的过程中遇到了很多的问题,也发现了自己的不足之处。
首先是之前对单片机并不十分了解,通过借阅书籍,找同学咨询慢慢的开始对其有了初步的认识。
其次是一些相关软件的用法,这个通过自己慢慢的摸索也逐渐熟悉了起来。
特别是protues的使用,它给了我们很大的帮助,帮助我们解决了很多调试过程中的问题。
在者是对PWM波的使用,这个问题很是伤到筋,因为之前对其并不了解,从熟悉到使用我们查阅了很多资料,请教了同学,最后终于掌握了。
同时也是设计更完善。
此课程设计让我加深理解了所学的理论知识,并进一步建立了计算机应用系统的整体概念,初步掌握了单片机软、硬件开发方法,为以后进行实际的单片机软、硬件应用开发奠定了良好的基础。
这对下学期单片机的学习会有很大的帮助,也使我对单片机产生了兴趣。
这次课程设计的顺利完成,离不开学长,同学和知道老师的帮助,特别是PWM波的运用,也是学长给我们提出的建议。
在此感谢老师和学长的无私帮助。
附录一参考文献
[1]《单片机原理及其接口技术》胡汉才编著北京:
清华大学出版社
[2]《MCS-51单片机原理及应用》张毅刚编著哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社
[3]《51单片机C语言应用程序设计实例精讲》(第二版)戴佳刘博文编著电子工业出版社
附录一C语言程序清单
/************************************************************/
/*程序名:
可控流水灯*/
/*功能:
实现流水灯的方向、速度、亮度控制*/
/*硬件:
P2接开关,P1接LED*/
/************************************************************/
#include
#include
sbitK1=P2^0;//方向
sbitK2=P2^1;//加速
sbitK3=P2^2;//减速
sbitK4=P2^3;//加亮
sbitK5=P2^4;//变暗
unsignedcharSpeed,LED;
unsignedinttCount=0;
unsignedcharIdx;//速度取值索引
bitDirtect=1;//滚动方向
charduty=10;//占空比
unsignedintcodesTable[]={0,1,3,7,9,15,30,50,100,200,230,280,300,350};//调速表
voidInitTimer0_Timer1(void);
voiddelay(unsignedintx)
{
unsignedchari;
while(x--)for(i=0;i<20;i++);
}
unsignedcharGetKey(void)
{
unsignedcharK;
if(P2==0xFF)return0;
delay(10);
switch(P2)
{
case0xFE:
K=1;break;
case0xFD:
K=2;break;
case0xFB:
K=3;break;
case0xF7:
K=4;break;
case0xEF:
K=5;break;
default:
K=0;break;
}
while(P2!
=0xFF);//等待释放按键
returnK;
}
voidKeyProcess(unsignedcharKey)
{
switch(Key)
{
case1:
Dirtect=~Dirtect;break;//方向
case2:
if(Idx>1)Speed=sTable[--Idx];break;//加速
case3:
if(Idx<15)Speed=sTable[++Idx];break;//减速
case4:
duty++;if(duty>=20)duty=20;break;//加亮
case5:
duty--;if(duty<=0)duty=1;break;//变暗
}
}
voidmain(void)
{
unsignedcharKey;
P1=P2=0xFF;
Idx=4;
Speed=sTable[Idx];
IP=0x02;//中断优先级
InitTimer0_Timer1();
LED=0xfe;
P1=LED;
while
(1)
{
Key=GetKey();
if(Key!
=0)KeyProcess(Key);
}
}
/******************************************************************/
/*定时器0和定时器1初始化*/
/******************************************************************/
voidInitTimer0_Timer1(void)
{
TMOD=0x20;
TH1=0x06;
TL1=0x06;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
ET1=1;
TR1=1;
}
/******************************************************************/
/*定时器中断函数*/
/******************************************************************/
voidtimer0(void)interrupt1
{
if(++tCount tCount=0; if(Dirtect==1)LED=_cror_(LED,1);//循环右移1位,点亮下一个LED elseLED=_crol_(LED,1); P1=LED; } voidTimer1(void)interrupt3//调节占空比 { staticchart=0; t++; if(t==20) { t=0; P1=(0x00|LED); } if(duty==t)P1=0xFF; }
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