课程设计论文基于单片机的流水灯设计

1、 项 目 设 计题目 基于单片机的流水灯设计姓 名学 号系（院）班 级 指导教师二o一0年 十二 月 三十一 日摘要单片微型计算机（single chip microcomputer）简称单片机，是指集成在一块芯片上的计算机，它具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点。单片机技术作为计算机技术的一个重要分支，广泛的应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器、电子玩具等各个领域。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新，在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体

2、硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。本设计通过用汇编语言对8952单片机写程序实现了对8个发光二极管的自如控制，并具有复位和中断功能，另外加上了一组静态数码管以显示流水灯的花样计数。根据设计要求基本达到了预期的目的。正文首先介绍本课题的背景、研究意义及完成的任务功能；简单描述元器件和方案的论证；系统硬件的工作原理和软件的设计；最后对本设计进行了总结。关键词：单片机 8952 发光二极管 中断 复位 汇编语言abstractthe single chip computer, it is to point to integration on a single chip comp

3、uter, it is simple in structure, control strong function, high reliability, small volume, low price advantage. single chip microcomputer as an important branch of computer technology, widely used in industrial control, intelligent instruments, home appliances, electronic toys and other fields.in rec

4、ent years, with the rapid development of science and technology, the application of scm is continuously, while driving to the deepening traditional control test rapidly updated, in real-time detection and automatic control of single-chip microcomputer application system, often as a core component to

5、 use, only microcontroller aspects of knowledge is not enough, should according to specific hardware structure, and the view of the specific application object characteristics of software combines, perfected.this design by using assembly language to 8952 microcontroller programming realized to eight

6、 light-emitting diodes freely control, and has the reset and interrupt function, with the addition of a group of static digital tube to show water lamp patterns counting. according to the design requirements basic achieve the expected purpose.the text introduces the background, this topic research s

7、ignificance and accomplish the mission of function, simple description components and scheme of argumentation, the work of system hardware principle and software design; finally this design was summarized.keywords: scm 8952 leds interrupt reset assembly language目录1第一章：绪论51.1课题研究背景51.2课题研究意义51.3课题研究任

8、务52第二章 主要电子元器件的简介62.1at89s5262.2稳压管 780563第三章 基本原理73.1总体设计思路73.2总设计框图74第四章 设计过程84.1电源电路的设计84.1.1直流稳压电源系统方框图84.1.2软启动直流稳压电源原理图84.1.3软启动直流稳压电源设计原理94.2控制电路的设计94.2.1时钟电路94.2.2复位电路94.3显示电路部分104.4软件部分设计115第五章 成本核算176第六章 调试196.1硬件调试196.2软件调试197第七章 设计心得208第八章 参考文献219第九章 附录229.1（1）整机电路图：229.2（2）pcb版图229.3（3）

9、仿真图239.4（4）实物图239.5（5）流水灯代码249.6（6）电子元件清单及成本核算281 第一章：绪论1.1 课题研究背景微型计算机（microcomputer）简称微机，是计算机的一个重要分支。人们通常按照计算机的体积、性能和应用范围等条件，将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。微型计算机不但具有其他计算机快速、精确、程序控制等特点，而且还具有体积小、重量轻、功耗低、价格便宜等优点。个人计算机简称pc（personal computer），是微型计算机中应用最广泛的一种，也是近年来计算机领域中发展最快的一个分支。pc在性能和价格方面适合个人用户购买和使用，目前，它已经

10、像普通家电一样深入到了家庭和社会生活的各个方面。而单片机又是pc的一个分支，随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，单片机的应用越来越广泛，并逐渐成为一门关键的技术学科。单片机实际上是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，如cpu、ram、rom、i/o接口电路，定时/计数器等都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机，可以实现微型计算机的基本功能。单片机实质上是一个芯片，在实际应用中，通常很少将单片机和被控对象直接进行电气连接，而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。单片机具有一些突出的优点：体积小，重量轻，耗电少，电源

11、单一，功能强，价格低，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高，所以在通信、家电、工业控制、仪器仪表、汽车等产品中都可以看到单片机的身影。1.2 课题研究意义流水灯在现代社会中就有广泛的应用，大型电子广告牌、霓虹灯、指示牌和工业控制的控制面板等都有流水灯的应用。而且基于单片机的流水灯的控制系统利用了单片机的内部资源，如定时器、i/o口和寄存器等，完成了单片机系统开发的基本流程，因此具有典型的代表意义，是学习和开发单片机的基本实验之一。1.3 课题研究任务开发单片机最小系统，即通过对8952写程序控制八个led亮灭，形成花样流水灯，主要包括电源部分、控制电路部分，显示部分，软件程序部分等。2 第二章

12、主要电子元器件的简介2.1 at89s52at89s52 是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系统可编程flash 存储器。使用atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80c51 产品指令和引脚完 全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统 可编程flash，使得at89s52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。 at89s52具有以下标准功能： 8k字节flash，256字节ram， 32 位i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一

13、个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，at89s52 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。8 位微控制器 8k 字节在系统可编程 flash at89s52      2.2 稳压管 7805用78/79系列三端稳压ic来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。可

14、以稳定输出一个5v电压。3 第三章 基本原理3.1 总体设计思路利用89s52设计一个控制器，控制八个发光二极管的亮灭和数码管的显示，采用7805稳压管输出一个稳定的5v电压，驱动单片机和led。3.2 总设计框图八路流水灯时钟电路复位电路at89s52数码管电源驱动4 第四章 设计过程4.1 电源电路的设计电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备中，对电源的性能要求更高。在很多应用直流电源设备的场合中，要求为设备电路提供一个稳定的直流电源，并且要求电源有保护功能。本课题中单片机正常工作要求输出电压为

15、稳定的5v，输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外，电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流，7805电路内部有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。可以稳定输出一个5v电压。因此，我们选用7805稳压管稳压。4.1.1 直流稳压电源系统方框图电源变压器整流电路滤波电路稳压过载保护电路负载4.1.2 软启动直流稳压电源原理图4.1.3 软启动直流稳压电源设计原理上图给出了由7805稳压器构成的集成稳压电源。220v电压经变压器变压，整流桥整流，c1，c2滤波，7805稳压。其中9012、r3、c2构成软启动，防止刚上电时“过冲”；r1，r2组成取样电阻；c3用于滤

16、除r2上的纹波；d1、d2起保护作用；c4能防止输出端产生自激荡。4.2 控制电路的设计4.2.1 时钟电路时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，cpu就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的，89s52的时钟信号可以由两种方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方式、时钟信号由外部引入。本设计应用的是89s52的内部时钟方式，其内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚xtl1和xtl2分别为此放大器的输入端和输出端，该放大器与做为反馈元件的晶振共同构成自激振荡器。如图（1）所示：本电路采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。

17、晶振频率选择12mhz，电容选择33pu，电容的大小起频率微调的作用。4.2.2 复位电路单片机中有多种复位电路，本系统采用电平式复位与上电复位方式，如图（2）所示：当上电时c5相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位键是单片机复位。4.3 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89s52的p1口（图3），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（图4）。综上所述，整机电路图如图（5）所示：4.4 软件部分设计本设

18、计要求实现8路led有序的亮灭，每变一种花样数码管加1，具有中断功能，按下按键，流水灯停止流水，再按时，继续流水。流水灯花样程序框图如下：八只灯全亮；2次？左侧四只同时点亮300ms；灭300ms； 2次？开始八只灯全灭；左侧四只同时点亮300ms；灭300ms；两个数码管都显示0；个位数码管显示1；十位数码管显示0；个位数码管显示2；十位数码管显示0；个位数码管显示3；十位数码管显示0；3/4/7/8亮；3/4/7/8灭；个位数码管显示4；十位数码管显示0；1/3/5/7亮；1/2/5/6灭；1/3/5/7灭；1/2/5/6亮；2/4/6/8亮；2/4/6/8灭；3次？个位数码管显示5；十位

19、数码管显示0；从左往右每两个依次亮300ms灭300ms；个位数码管显示6；十位数码管显示0；从右往左每两个依次亮300ms灭300ms；从左往右每个依次亮300ms灭300ms；从右往左每个依次亮300ms灭300ms；个位数码管显示7；十位数码管显示0；从左往右依次亮（间隔300ms）；个位数码管显示8；十位数码管显示0；个位数码管显示9；十位数码管显示0；从右往左依次灭（间隔300ms）；个位数码管显示0；十位数码管显示1；由内向外依次亮300ms；灭300ms；两侧向里依次亮300ms；灭300ms；2次？个位数码管显示1；十位数码管显示1；由两侧向里依次亮300ms(间隔300ms)

20、；由内向外依次灭300ms(间隔300ms)；注：完整程序代码详见附录。5 第五章 成本核算在讲求效率和利益的今天，一个产品要想生存发展下去，必须考虑质量、成本和利益。在保证质量的前提下，用最低的成本取得最大的收益。本设计秉承这一原则，综合考虑制作工序和各种元器件的质量和成本，选择了最优的设计方案。一：下为单片机的选择对比：（1）at89s52: 功耗100m w ；单价8元；功能：at89s52 是一种低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有8k 在系统可编程 flash 存储器；使用 atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80c51 产品指令和引脚完全兼容；片上 fla

21、sh 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器；在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和在系统可编程 flash，使得 at89s52 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；具有两个数据指针dptr0和dptr1，含有一个看门狗定时器，具有断电标志pof。（2）89c51；功耗：100m w ；单价:10元功能：具有4k 在系统可编程 flash 存储器；不支持在系统编程；128字节的内部数据存储器；具有一个数据指针dptr ，不含看门狗定时器，不具有断电标志；pof 32个可编程i/o引脚，2个16位计数/定时器，5个中断源，2个优先级别，1个可编程串行通信口。综合考虑

22、，我们优先选择了at89s52。二：电源的选择：电源部分我们有两种方案，一是用干电池供电，二是用变压器供电。方案一的优点是设计思路简单，制作方便，制作成本低，缺点是电池续航能力差，局限性大；方案二虽然制作成本高和设计思路相对繁琐，但是适用范围广，适用于实际生活。因此我们选择方案二。稳压管 7805用78/79系列三端稳压ic来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。可以稳定输出一个5v电压，而我们的设计需要的正是5v的直流电源，因此我们选择了7805。、三：显示部分：方案一：用液晶屏作为花样流水灯运行的计数显示。方案二：用数码

23、管作为花样流水灯运行的计数显示。两者都能实现基本功能，但是方案一的成本要高，因此我们选择方案二。6 第六章 调试6.1 硬件调试我们在硬件电路的制作和调试中发现并解决了很多问题：（1）由于过于考虑电路板布局的美观，导致增加了焊接时布线的困难，最终我们通过改变元件位置合理布线解决了这个问题；（2）单片机引脚非常紧凑，使焊点不容易固定，容易查错引脚，这就锻炼了我们的细心；容易造成多点短路或虚焊，因此我们又降低烙铁的温度，用吸焊器吸除了多余的焊锡；（3）刚开始插件时没有注意电解电容、led等有极性元件的正负，最后用万用表测量它们的阻值和电压才找到接反的元件；（4）刚开始布局元器件是没有充分考虑到以后

24、维修的问题，把时钟电路位置摆放的不合理，最终我们请教老师重新设计时钟电路的位置；（5）焊接过久，导致元器件损坏，主要是不够熟练；（6）电路板不够简洁、条理，焊接不够熟练；（7）由于对元器件使用量计算不准确，导致最后元器件不够，我们只好放弃了一些功能的实现。（8）焊接过程中，由于忘记把31脚接vcc，导致最后不能实现led的循环，最后在检查电路对照电路图后又焊接上了31脚。因此，我们在焊接和后续调试过程并没有想象中的顺利。但最终经过我们一遍一遍的调试，终于制作出了一块基本合格的电路板。6.2 软件调试本设计的程序我们是通过mewin进行的编译，我们在软件调试中遇到的问题远远要比硬件电路中问题多，

25、解决的难度也大：（1）程序在检测时没有问题，但在仿真中不能执行，原因是延时子程序漏写了一条指令；（2）编译好的程序不能正常执行，原因是我们硬件中led和数码管是词用的共阳极接法，但给单片机编译的却是共阴极接法的程序；（3）循环程序总是进入死循环，原因是循环标号放置不对；（4）我们编译的程序冗长繁琐，最后我们进行了优化程序，改写了一些地方，才使程序比较条理简洁；（5）中断程序掌握不熟练，不能实现这一功能，因此我们通过临时补课和网上查阅、请教老师才写出了这段程序。7 第七章 设计心得在本次设计的过程中，我们发现很多的问题，遇到了很多麻烦，有的问题其实很简单，主要是对知识的掌握程度不够，扩展知识欠缺

26、，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，并且应该多读一些课外的文献，只靠书本上的知识远远不够。更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，用实践巩固理论，用理论优化实践，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助。在焊接过程中，我们意识到细心和严谨的精神是必不可少，在焊接电路和调试硬件中不自觉地得到了锻炼。通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高！也提醒

27、我们，只有通过团队合作才能制作出优秀的设计，闭门造车不会取得实质性的成功。此次课程设计，我们也学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。经过这些天的设计制作，在老师的悉心指导和同学们的热情帮助下，我们终于完成了这次的设计，同时也增加了我们以后学习的信心和热情。再次感谢在这次设计中帮助我们的指导老师和同学！8 第八章 参考文献刘守义.单片机应用技术(第二版).西安电子科技大学出版社，2007.8廖芳.电子产品制作工艺与实训.北京电子工业出版社，2010.1刁修睦，杜保强.模拟电子技术与应用.北京大学出版社，2008.6潘松 黄继业. e

28、da技术实用教程.科学出版社.2002.10王爽. 汇编语言. 清华出版社.2003.99 第九章 附录9.1 （1）整机电路图：9.2 （2）pcb版图9.3 （3）仿真图9.4 （4）实物图9.5 （5）流水灯代码org 0000h ljmp start org 0003h ljmp int-t1start:setb tr1 setb ex0 setb eamain:mov p0,#0c0hmov p2,#0c0haccall delaymov p0,#0c0h;数码管十位,0mov p2,#0f9h;数码管个位,1mov r3,#2start1: mov a,#00h mov p1,a;

29、全亮 acall delay cpl a;取反 mov p1,a;全灭 acall delay djnz r3,start1 mov p2,#0a4h;数码管个位2 mov r4,#2yb: mov a,#0fh;左边四只亮 mov p1,a acall delay cpl a;右边四只亮 mov p1,a acall delay djnz r4,yb mov p2,#0b0h;数码管个位3 mov p1,#33h;3、4、7、8亮 acall delay mov p1,#0cch;1、2、5、6亮 acall delay mov p2,#99h;数码管个位4 mov r4,#3start2:

30、mov a,#0aah mov p1,a;1、3、5、7亮 acall delay cpl a;取反 mov p1,a;2、4、6、8亮 acall delay djnz r4,start2 mov p2,#92h;亮数码管个位5 mov p1,#3fh;从左向右每两个 acall delay mov p1,#0cfh acall delay mov p1,#0f3h acall delay mov p1,#0fch acall delay mov p1,#0f3h acall delay mov p1,#0cfh acall delay mov p1,#3fh acall delay mov

31、 p2,#82h;数码管个位6 mov p1,#0fh;从右往左每两个 acall delay mov p1,#03h acall delay mov p1,#00h acall delay mov p1,#0ffh acall delay mov p1,#00h acall delay mov p1,#0ffh acall delay mov p2,#0f8h;数码管个位7 mov r4,#8 mov a, #0fehleft:mov p1, a acall delay rl a djnz r4,left mov r4,#8 mov a,#7fhright:mov p1,a acall de

32、lay rr a djnz r4,right mov p2,#80h;数码管个位8 mov p1,#0feh;依次亮 acall delay mov p1,#0fch acall delay mov p1,#0f8h acall delay mov p1,#0f0h acall delay mov p1,#0e0h acall delay mov p1,#0c0h acall delay mov p1,#80h acall delay mov p1,#00h acall delay;依次灭 mov p2,#90h;数码管个位9 mov p1,#80h acall delay mov p1,#0

33、c0h acall delay mov p1,#0e0h acall delay mov p1,#0f0h acall delay mov p1,#0f8h acall delay mov p1,#0fch acall delay mov p1,#0feh acall delay mov p1,#0ffh acall delay mov p0,#0f9h;数码管个位1 mov p2,#0c0h;数码管个位0 mov r7,#2xh:mov p1,#7eh;两侧向里 acall delay mov p1,#0bdh acall delay mov p1,#0dbh acall delay mov p1,#0e7h acall delay mov p1,#0dbh;由内向外 acall delay mov p1,#0bdh acall delay mov p1,#7eh acall delay mov p0,#0f9h;数码管个位1mov p2,#0f9h;数码管个位1 mov p1,#3ch;两侧向里，依次 acall delay mov p1,#18h acall delay mov p1,#00h acall delay mov p1,#18h;由内向外，依次 acall del