单片机流水灯课程设计

基于AT89C51单片机的流水灯

1 引言

1.1 课题简介

单片机全称叫单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，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。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。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，大致可分如下几个范畴：在智能仪器仪表上的应用，例如精密的测量设备；在工业控制中的应用，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统，例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等；在家用电器中的应用可从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。单片机在医用设备领域中的应用，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等；在各种大型电器中的模块化应用，如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理)，就需要复杂的类似于计算机的原理。

本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。本系统就是充分利用了8051芯片的I/O引脚。系统以采用MCS-51系列单片机Intel8051为中心器件来设计LED流水灯系统，实现8个LED霓虹灯的左、右循环显示，并实现循环的速度可调。

1.2 设计目的

(1) 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

(2) 掌握汇编语言程序设计方法。

(3) 培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

1.3 设计任务及要求

(1) 彩灯用8个发光二极管代替。

(2) 电路具有控制彩灯点亮右移、左移、全亮及全灭等功能。

(3) 彩灯两点移动时间间隔为0.5秒。

2 总体设计思路

2.1设计思路

本课题使用AT89C51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LED1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LED1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LED1。因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1～LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。同样的道理，可以让8个灯左移点亮，全亮、全灭。

在此我们还应注意一点，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，我们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。

2.2 系统结构框图

系统机构框图如图1所示。

图1系统结构框图

2.3 系统程序流程图

系统程序总流程图如图2所示。

图2系统框图

3 设计步骤

3.1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AT89S51单片机为主控单元。显示部分：8个LED灯循环亮灭。

3.2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。此电路采用12MHz的石英晶体。时钟电路如图3所示。

图3时钟电路图

3.3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，还可以用手动复位，此电路应用自动复位。复位电路如图4所示。

图4复位电路图

3.4控制电路

控制电路用于控制工作电路的工作情况，根据要求来控制电路，本电路的控制电路用来控制流水灯的工作情况，当按下1、2、3、4各个开关时，电路具有左移、右移、全亮、全没的功能，具体的控制电路如图5所示。

图5开关电路图

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。本电路的流水灯电路具体的如图6所示。

图6流水灯电路图

(2)根据各个模块的功能及他们的信号传输，连接电路如图7所示。

图7 整体电路图

4 软件设计

4.1设计要求

本系统的功能就时实现流水灯的循环点亮，主要有四个功能，第一，按下第一个按钮，彩灯向上点亮循环，按下第二个，彩灯向下循环点亮，按下第三个，彩灯全灭，按下第四个，彩灯全亮。彩灯用8个发光二极管代替。电路具有的控制彩灯点亮右移、左移、全亮及全灭的功能用按键切换彩灯状态，彩灯两点移动时间间隔为0.5秒。

4.2源程序见附录Ⅰ

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。

此系统可以改进为可以通过对开关的调节来控制流水灯电路具有控制彩灯点亮右移、左移、全亮及全灭等功。

6 心得体会

经过一段时间的努力，我们顺利的完成了这次单片机课设。这是一个磨练意志的过程。从课题的选择开始，计算器的设计、硬件和软件系统的设计、到最后的Proteus软件仿真完成，这其中经历了很多困难，但是更重要的是在这个过程中我得到了很大的锻炼。一方面通过C51单片机等一些器件的设计让我学习和掌握了单片机技术的基础知识和技术要点，也使以前学的很多知识都得到了运用；另一方面在用Proteus软件画电路图时，然后再转换成一维的WORD中进行编辑，这个过程中让我掌握了计算机辅助的设计技术。当然，这是一个需要不断的尝试，不断的校核，不断的修改，最后完成一个合理的设计的过程。需要的是细心和耐心。在很大程度上培养了我拼搏的工作精神。使我受益匪浅，更加明确了自己专业的方向。

通过本次课设，我不仅学到了关于单片机技术方面的许多专业知识，同时也让我感觉到团队合作的重要性。其实如何有效和快速的找到资料也是课设给我的启发，利用好图书馆和网络，是资源的到最好的利用。与他人交流思想是取得成功的关键，在交流中，不仅强化了自己原有的知识体系，也扩展了自己的思维。课设是一个通过思考、发问、自己解惑并动手、提高的过程。我会在以后的学习中不断学习，积累经验，完善自己。

对于这次单片机课程设计不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，例如对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，学习了单片机汇编语言。

参考文献

[1] 王思明,张金敏,苟军年等著.单片机原理及应用系统设计.北京:科学出版社,2012

[2] 谭浩强著. C程序设计(第四版).北京:清华大学出版社,2010

[3] 冯博琴,吴宁著.微型计算机原理与接口技术(第3版).北京:清华大学出版社,2011

附录Ⅰ源程序：

ORG 0000H

AJMP START

ORG 0030H

START: MOV SP,#60H

MOV DPTR,#TAB

START1: JNB P0.0,LOOP1

JNB P0.1,LOOP2

JNB P0.2,LOOP3

JNB P0.3,LOOP4

AJMP START1

LOOP1: CLR A

MOVC A,@A+DPTR CJNE: A,#11111111B,SHOW1

AJMP START

SHOW1: MOV P1,A

ACALL DELAY

INC DPTR

AJMP LOOP1

LOOP2: MOV A,#09H

MOVC A,@A+DPTR

CJNE A,#00000000B,SHOW2

AJMP START

SHOW2: MOV P1,A

ACALL DELAY

INC DPTR

AJMP LOOP2

LOOP3: MOV A,#08H

MOVC A,@A+DPTR

MOV P1,A

AJMP START

LOOP4: MOV A,#11H

MOVC A,@A+DPTR

MOV P1,A

AJMP START

DELAY: MOV R0,#10

D0: MOV R1,#200

D1: MOV R2,#123

NOP

D2: DJNZ R2,D2

DJNZ R1,D1

DJNZ R0,D0

RET

TAB:

DB 11111110B

DB 11111101B

DB 11111011B

DB 11110111B

DB 11101111B

DB 11011111B

DB 10111111B

DB 01111111B

DB 11111111B

DB 01111111B

DB 10111111B

DB 11011111B

DB 11101111B

DB 11110111B DB 11111011B DB 11111101B DB 11111110B DB 00000000B

END