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单片机原理与应用课程设计说明书单片机原理与应用课程设计说明书 题 目： 流水灯的设计 系 部： 信息与控制工程学院 专 业： 电气自动化技术 班 级： 2011级一班 2013年 6 月 18 目 录1 设计任务与要求31.1 设计任务描述31.2 设计要求32总体方案设计概述32.1 设计思路介绍32.2 使用到的芯片32.2.1 STC89C52RC简介32.2.2 STC89C52单片机的功能介绍52.2.3 LED灯介绍53硬件系统设计63.1 总体电路设计框图63.2 电路设计原理图63.2.1 流水灯电路原理图63.2.2 发光二极管电路73.3 各模块电路73.3.1 复位电路介绍73.3.2 振荡电路介绍83.3.3 实物电路图95 软件设计96 实验调试过程106.1 操作过程106.2 硬件调试146.3 流水灯程序调试147 结论158参考文献161 设计任务与要求1.1 设计任务描述设计流水灯控制电路，使连接在该电路上的8个发光二极管按顺序以次闪烁采用数字集成电路的控制方法，结合十进制计数器/译码电路设计了该流水灯控制系统。该系统由电源、时钟电路、计数器和译码显示电路4部分组成。能实现任意方式的流水，只要改变每路发光二极管的数目和图案，就可以实现随心所欲的流水花样。它可作为工作状态指示，具有环保、节能等特点。1.2 设计要求认真设计，使8个发光二极管按顺序依次闪烁，并改变程序，实现不同的闪烁。编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。2总体方案设计概述2.1 设计思路介绍整个系统工作由软件程序控制运行，根据需要，可以上电后系统经过初始化，进入用户设定模式状态。于STC89C52单片机的彩灯控制方案，实现对LED红灯的控制。本方案以STC89C52单片机作为主控核心，与驱动等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有晶振电路和8个LED灯，根据需要编写若干种亮灯模式，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号。2.2 使用到的芯片2.2.1 STC89C52RC简介STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。图2.1 STC89C52RC引脚图图2.2 STC89C52RC外观2.2.2 STC89C52单片机的功能介绍 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。2.2.3 LED灯介绍LED 是英文 light emitting diode （发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好图2.3 发光二极管LED日光灯和普通日光灯对比来说，优点如下：1，节能。2，寿命长。3，适用性好，因单颗LED的体积小，可以做成任何形状。4，回应时间短，是ns（纳秒）级别的回应时间，而普通灯具是ms（毫秒）级别的回应时间。5，环保，无有害金属，废弃物容易回收。6，色彩绚丽，发光色彩纯正，光谱范围窄，并能通过红绿蓝三基色混色成七彩或者白光。缺点：1，价格贵。2，能普遍做到的光效率和理论光效率还有很大差距。3，能做到的寿命和理论寿命（10w小时）还有很大差距。4，还是有一定的发热量。5，光衰还可以大幅度缩小。3硬件系统设计3.1 总体电路设计框图图3.1 电路设计框图要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。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 3.2 电路设计原理图3.2.1 流水灯电路原理图图3.2 原理图3.2.2 发光二极管电路LED发光二极管依次接P2口，利用共阳极接线，只要P2口由高电平变为低电平LED灯即点亮。图3.3 LED灯连接方式在LED灯后要加一个电阻，通常电阻应用在单片机电路中有三种作用：限流电阻、上拉电阻、下拉电阻。在流水灯接线图中的电阻起的是限流作用。3.3 各模块电路3.3.1 复位电路介绍当要对晶体重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个及其周期以上的时间便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器内容均被设成已知状态。如图所示，只要按此开关就能完成LED和开关的重置。 图3.4 复位电路3.3.2 振荡电路介绍单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作；假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，这在通信中会体现的很明显：电路将无法通信。他是由一个晶振和两个瓷片电容组成的，x1和x2分别接单片机的x1和x2，晶振和瓷片电容是没有正负的，注意两个瓷片电容相连的那端一定要接地。 图3.5晶振电路3.3.3 实物电路图图3.6 实物电路5 软件设计内部程序：编写的流水灯汇编语言程序 ORG 0000H LJMP START ORG 0100HSTART: MOV SP,#50H MOV R7，#11111110B MOV A,R7 MOV P2，A SETB CLOOP: MOV A,R7 RLC A MOV P2，A MOV R7，A LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SJMP LOOPDELAY: MOV R0，#0FFHLP1： MOV R1，#0FFHLP0： DJNZ R1，LP0 DJNZ R0，LP1 RET END6 实验调试过程6.1 操作过程1.打开计算机上的Keil uVision3 软件，如下图所示图6.1 Keil uVision软件2.点击窗口上的ProjectNew Project新建一个工程，如下图所示图6.2 建立新工程3.保存新建的工程，并命名为123，如下图所示图6.3 命名新工程4.选择CPU型号，本设计应选用CPU为AT89C51，选定CPU之后点击确定，如下图所示图6.4 CPU的选择5.点击窗口Life，在工程下建立一个项目并命名保存，然后加载到工程中，注意命名时后缀为.asm，如下图所示图6.5 建立项目6.在项目窗口中输入编写的汇编语言程序，点击编译图标，并选择生成HEX 文件。图6.6 生成HEX文件7.编译显示汇编程序没有错误之后，将Keil uVision软件最小化，打开仿真软件STC-ISP.先选择CPU类型为STC89C52RC，COM选择为COM4，然后点击打开文件，选择之前生成的HEX格式文件，然后点击Download/下载，当坐下角窗口显示上电时，按下按钮，此时会看到八个LED指示灯亮灭。此时表明设计成功。如下图:图6.7 选择文件6.2 硬件调试拿到电路板后，首先要检查加工质量，并确保没有任何方面的错误，如短路和断路，尤其要避免电源短路；元器件在安装前要逐一检查，用万用表测其数值，看是否与所用相同；先空载上电（芯片座上不插芯片），并检查各引脚的电位是否正确。若一切正常，方可在断电的情况下将芯片插入，再次检查各引脚的电位及其逻辑关系。将万用表的探针放到单片机接电源的引脚上检测一下，看是否符合要求。6.3 流水灯程序调试将电路板串口连接电脑，把程序烧入STC89C52系统。用USB接口连接电脑，为单片机提供电源。电源接入口，程序开始运行。LED灯开始轮流闪烁，闪烁间隔大概为0.5S。点击复位电路，单片机复位，LED灯从第一盏灯开始又依次亮起。7 结论再接到这次课程实习题目的时候本来想设计一个带LCD屏的音乐倒计时计数器，但是由于知识储备不足以及对硬件系统的不熟悉，我们还是放弃了这个思路，转而设计流水灯系统。通过这次实习让我们可以在实践中检验我们所学的单片机知识，更好的融会贯通，并在实践中发现问题，解决问题。这次设计的流水灯由于比较简单，遇到的问题都不是很困难，我们通过互相之间的交流、查阅书籍以及通过互联网所搜所需的资料都能够比较好的解决。 这次设计的流水灯系统缺点是程序输入采用串口输入，烧入程序比较复杂。电路比较简单，所实现的功能只有流水灯，时间闪烁的控制需要修改程序才能实现。如果需要改进的，可以增加一个时间设置来设这流水灯的闪烁时间，或者通过流水灯排列的形状不同可以做成花样流水灯。8参考文献1康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分（第五版）M. 北京：高等教育出版社，20052姜志海、赵艳雷、陈松 .单片机的C语言程序设计与应用基于Proteus仿真（第二版）M 电子工业出版社3赵月飞，郭会平，胡仁喜。 protel 99SE基础与实例教程M 机械工业出版社4张毅刚，彭喜元。 单片机原理与应用设计M 电子工业出版社5周兴华，手把手教你学单片机（第二版）M 北京航空航天大学出版社6 吴金戎，沈庆阳，郭庭吉. 8051