单片机课程设计-16个LED灯的多样显示控制器

1、可编辑信 息 工 程 学 院 课 程 设 计 报 告设计题目: 节日彩灯控制器设计 名 称: 电子信息工程专业综合课程设计（1）班 级: 姓 名: 学 号: 设计时间: 2016.06.22 指导教师: 评 语: 评阅成绩: 评阅教师: 精品文档目录一、课程设计的性质和目的1二、课程设计的要求12.1 设计题目12.2 设计要求1三、主要仪器设备及软件1四、课题分析及设计24.1 设计任务24.2 设计方案24.3 系统硬件设计24.3.1 单片机最小系统34.3.2 控制电路介绍64.3.3 Proteus电路仿真图74.4 软件设计74.4.1 程序流程图74.4.2 软件程序及分析8五、

2、组装调试125.1 硬件12六、总结13一、课程设计的性质和目的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；掌握汇编语言程序设计方法；培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。二、课程设计的要求2.1 设计题目节日彩灯控制器设计。2.2 设计要求设计一个16个LED灯的多样显示控制器。1.选择两个I/O端口控制16个LED流水灯。2.设置四个按键K1K4，按下K1跑马灯，K2鸳鸯戏水，K3双流水灯，K4则循环三种控制方式。3.跑马灯：共16个LED逐次点亮，每隔100ms点亮一个LED，点亮100ms后关闭，然后继续上次操作。4.鸳鸯戏水

3、灯：第一次单数灯点亮，延时100ms，关闭，然后双数灯点亮，延时100ms，关闭，然后继续上次操作。5.双流水灯：16个LED依次向中间点亮，间隔100ms，再依次向两边扩散点亮，间隔100ms，然后继续上次操作。三、主要仪器设备及软件计算机、KeilC51软件、Proteus软件、单片机AT89C51、LED灯、电阻、拨码开关、晶振。四、课题分析及设计4.1 设计任务彩灯用16个发光二极管代替；电路具有控制16个LED灯逐个点亮、单数点亮、双数点亮、扩散点亮等功能（用4个按键切换LED显示状态）；彩灯两灯移动时间间隔为100ms。4.2 设计方案本课题使用AT89C51单片机时无须外扩存储器

4、。因此，本流水灯实际上就是一个带有16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P0.0口和P2.0口的16个LED亮起来，那么只要把P0.0口和P2.0口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在P0.0口的LED熄灭，就要把P0.0口的电平变为高电平；同理，接在P0.1P0.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同以上LED。因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1LED16依次点亮、熄灭，16只LED灯便会一亮一暗的做流水灯或跑马灯了。同样的道理，可以让16个灯上移或下移点亮，全亮、全灭。在此我们还应注

5、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。4.3 系统硬件设计AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8

6、位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图4.1所示。图4.1 AT89C51单片机芯片引脚4.3.1 单片机最小系统（1）P0口介绍P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义4为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻（2）P1口

7、介绍P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。（3）P2口介绍P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时

8、，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。（4）P3口介绍P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。复位系统（5）上电复位电路AT89C51的上电复位电路如图4.2所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端

9、内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1F。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在如图的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生

10、损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。图4.2 上电复位电路（6）手动复位电路手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。如图4-3所示，当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。图4.3 手动复位电路（7）晶振系统晶振是给单片机提供工作信号脉

11、冲的.这个脉冲就是单片机的工作速度.比如12M晶振.单片机工作速度就是每秒12M.单片机内部也有晶振，接外部晶振可以或得更稳定的频率。因为晶振与单片机的脚XTAL0和脚XTAL1构成的振荡电路中会产生偕波(也就是不希望存在的其他频率的波),这个波电路的影响不大,但会降低电路的时钟振荡器的稳定性，如图4.4所示。80C51型单片机内有一高增益反相放大器，按如图连接可构成自激振荡电路，振荡频率取决于石英晶体的振荡频率，范围可取1.212MHz，C01.C02主要起频率微调和稳定作用，电容值可取530Pf。图4.4 晶振电路4.3.2 控制电路介绍（1）按键机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用

12、的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510 ms，如图4.5所示。图4.5 按键控制电路（2）LED电路LED 显示器具有功耗低，接口控制方便等优点，能直接与单片机接口，可方便地实现各种不同的操作。16个发光二极管L1-L16分别接在单片机P0.0-P0.7，P2.0-P2.7。输出“0”，发光二极管亮。图4.6 LED显示电路4.3.3 Proteus电路仿真图图4.7 电路原理图4.4 软件设计4.4.1 程序流程图开始读入四个开关状态判断开关状态灯依次向下移动、单、双数灯亮向中间亮循环前面三种无输入图4.9 主程序流程

13、图在主程序中，应该尽量的使得任务简化，不要让中断服务程序作过多复杂的任务，而要尽量把这些复杂的任务放到主程序中间去完成。中断流程如图所示。去抖功能：读入键值，存入地址，然后延迟10ms后，也就是一个很短的时间之后，再次读入一个键值，两次键值相比较，如果一样则不是因为外部原因抖动产生按键，如果不一样则说明是别的原因产生的按键抖动。这样的一个程序就可以去除因为抖动产生的错误输入信号。4.4.2 软件程序及分析（1）主要程序分析：#include /定义8051寄存器的头文件#include /定义intrins.h函数#include /定义数学函数#include #define u8 unsi

14、gned char /定义无符号字符#define s8 signed char#define u16 unsigned short /定义无符号整型#define s16 signed short #define u32 unsigned int /定于无符号整型#define s32 signed int #define fp32 float /定义浮点数#define fp64 double /双倍精度浮点数#define INT8U unsigned char#define INT16U unsigned intsbit K1 = P10;/按键1sbit K2 = P11;/按键2s

15、bit K3 = P12;/按键3sbit K4 = P13;/按键4#define KEY_CHK_TIM 10 /按键检测时间 u8 _g_key_value; /获取到按键的值跑马灯数组：code u16 dispcode16= 0xfeff,0xfdff,0xfbff,0xf7ff,0xefff,0xdfff,0xbfff,0x7fff,0xfffe,0xfffd,0xfffb,0xfff7,0xffef,0xffdf,0xffbf,0xff7f;双流水灯数组：code u16 dispcode116=0xfe7f,0xfc3f,0xf81f,0xf00f,0xe007,0xc003,

16、0x8001,0x0000,0x7ffe,0x3ffc,0x1ff8,0x0ff0,0x07e0,0x03c0,0x0180,0x0000;定时器初始化函数：void time_init(void) TMOD |= 0x01; TH0 = 0xf8; TL0 = 0x2f; /设定定时器初值(65535-63535)大约60ms TR0 = 1; /打开定时器 ET0 = 1; /开中断 EA = 1; ES = 1; （2）跑马灯运行方式：void disp0(void) /调用前面的跑马灯数组u8 i; /定义ifor(i = 0 ;i8; / P0口运行第二行数组P2 = dispcod

17、ei; /P1口运行第一行数组delay_ms(100); /延时100ms（3）鸳鸯灯运行方式：void disp1(void) delay_ms(100); /延时100ms P0 = 0xaa; /P0口8个LED单数亮 P2 = 0xaa; /P0口8个LED灯亮 delay_ms(100); P0 = 0x55; /双数灯亮 P2 = 0x55; /双数灯亮 delay_ms(100); /延时100ms（4）双流水灯运行方式：void disp2(void)u8 i;for(i = 0 ;i8; /P0口运行第二行数组，逐个点亮，向中间P2 = dispcode1i; /P2口运行

18、第一行数组，逐个点亮，向中间delay_ms(100);for(i = 8 ;i8; /向两边亮P2 = dispcode1i; /向两边亮delay_ms(100); /延时100ms （5）按键扫描函数：void key_scan(void)staticu16 k1_pre_kep_tim = 0; /k1按键按下保持时间staticu8k1_press_flag = 0; /k1按键按下标志staticu8k1_short_press_flag=0; /k1短按触发标志staticu16 k2_pre_kep_tim = 0; /k2按键按下保持时间staticu8k2_press_fl

19、ag = 0; /k2按键按下标志staticu8k2_pre_ctn_tim=0; /按键连续触发的间隔延时计数staticu16 k3_pre_kep_tim = 0; /k3按键按下保持时间staticu8k3_press_flag = 0; /k3按键按下标志staticu8k3_pre_ctn_tim=0; /k1短按触发标志staticu16 k4_pre_kep_tim = 0; /k4按键按下保持时间staticu8k4_press_flag = 0; /k4按键按下标志if (K1 = 1) /当按键松开为真k1_pre_kep_tim = 0; /k1按键按下保持时间清零k

20、1_press_flag = 0; /k1按键按下标志清零if (k1_short_press_flag =1 ) /短按标志为1k1_short_press_flag = 0; /短按标志清零_g_key_value = 1; /触发1号短按键else if (k1_press_flag = 0)k1_pre_kep_tim+; /累加定时中断次数if (k1_pre_kep_tim KEY_CHK_TIM)k1_short_press_flag = 1; /短按标志置1if (k1_pre_kep_tim 300)k1_pre_kep_tim = 0; /中断计数清零k1_short_pr

21、ess_flag = 0;/清除按键短按的有效标志k1_press_flag = 1;/自锁按键置位,避免一直触发_g_key_value = 11;/触发长按（6）主程序：if (con_f = 1)disp0(); /只运行跑马灯if (con_f = 2)disp1(); /只运行鸳鸯灯if (con_f = 3)disp2(); /只运行双流水if (con_f = 4)disp0(); /循环以上三种disp1();disp2(); 五、组装调试5.1 硬件硬件包括MCS-51单片机，LED发光二极管，晶振，电容，开关，电源，电阻及导线。将所有硬件配齐，按电路原理图组装好电路，在电路板上一一对应，所有硬件准备就绪后，接通电源，软硬结合。首先用烧录软件给单片机芯片加载*.hex文件，等待加载完毕，运行电路。当按下K1时，跑马灯开始，16个LED灯从上到下逐个点亮，第一个灯亮，然后灭，然后每个间隔时间为100ms；当按下K2时，鸳鸯灯开始，16个LED灯先单数亮，然后双数