单片机课程教学设计-16个LED灯的多样显示控制器

1、信息工程学院课程设计报节日彩灯控制器设计称:电子信息工程专业综合课程设计（1）评阅成绩:.评阅教师:设计时间:2016.06.22指导教师:目录1.课程设计的性质和目的课程设计的要求2.1设计题目2.2设计要求1.主要仪器设备及软件四、课题分析及设计2.4.1设计任务2.4.2设计方案2.4.3系统硬件设计2.4.3.1单片机最小系统4.3.2控制电路介绍4.3.3 Proteus电路仿真图4.4软件设计4.4.1程序流程图4.4.2软件程序及分析五、组装调试125.1硬件12六、总结1.3、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

2、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。、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丁的多样显示控制器。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，a则循环三种控制方式。3.跑马灯：共16个LED逐次点亮，每隔100msS亮一个 LED,点亮 100ms后关闭，然后继续上次操作。4.鸳鸯戏水灯：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。间隔100ms再依次向两边扩散5.双流水灯：16

3、个LED依次向中间点亮,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100ms4.2设计方案本课题使用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

4、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LEDLED16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

5、水”效果了。4.3系统硬件设计AT89C51是一种带 4K字节 FLASH存储器(FPEROFlash Programmable andErasable Read Only Memory )的低电压、高性能 CMOS 8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ATMEI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位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL勺AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简

6、版本。AT89C5仲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。U1XTA.UPSEN AL三0 13 3- G71 11111P P P PPF prAn=nr5i4.3.1单片机最小系统(1)P0 口介绍PU.U/IJ ro 1 侶口 1 FO 2/AD2 ro D/ADS Fci 4 am Uo no匚ISFO Z/ADT-F2.DAAeP2.2/A10P2. 3/A1 1IN 4/心心门2 WAI弓P2.E/A1 4 口丄?/Al 5P3.Q/RX口 F P. HJdJ Pl Z?/1MTn R3.3/lTjri" 仏 TO P3 6

7、rT1 pa.GAVFf P3 7/J7T7图4.1 AT89C51单片机芯片引脚3a5ZiZP0 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

8、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，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

9、) 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AT89C5啲上电复位电路如图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 CMO型单片机，由于在RST端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1卩F。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

10、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“ I”态。如果系统在上电时得不到有效的复位， 则程序计数器PC

11、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。VccIMF占ATM9C；IasTM,2 kQGMD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。LRST230三C3P聿NALz卓"P1 0P1 1Pi 0J lOuFIWk2I S图4.3手动复位电路(7) 晶振系统晶振是

12、给单片机提供工作信号脉冲的.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1.2 12MHz C01.C02主要起频率微调和稳定作用，电容值可取 5 30Pf。432控制电路介绍(1)按键机械式按键再按下或释放时，由

13、于机械弹性作用的影响，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5 10 ms，如图4.5所示。PI.1PI2PI.3 PI-A 卩MPISPl?ATMCSIK31<4图4.5按键控制电路(2) LED电路能直接与单片机接口，可方LED显示器具有功耗低，接口控制方便等优点，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。433 P roteus电路仿真图1主士rrr 卜yUHr W Mlri T41*1 = 9 HkA 4 rid-Mu 4 4

14、 "UMTIB rP-nOj-M-_ 1 _Kfli上-H.u* 'a*Fr 1 h琵却 r.-B fin '»-H 1, j_ _c 1 J 1：|1'r pJwtar" ,_隔冲 J. B-nu 丰喘._|玄F甕县尸.质亠亠二二“:“严：-:一一 w”一手h图4.7电路原理图4.4软件设计4.4.1程序流程图图4.9主程序流程图在主程序中，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

15、，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。442软件程序及分析(1)主要程序分析:/定义8051寄存器的头文件定义intrins.h 函数定义数学函数#inelude <reg51.h> #i nclude vintrin s.h> #in elude <math.h> #in elude <stdio.h>#defi ne u8 un sig ned char#defi ne s8 sig ned char#defi ne

16、 u16#defi ne s16#defi ne u32#defi ne s32#defi ne fp32#defi ne fp64un sig ned short sig ned short un sig ned int sig ned int floatdouble/定义无符号字符定义无符号整型定于无符号整型定义浮点数 双倍精度浮点数#defi ne INT8U un sig ned char按键1 按键2 按键3 按键4#defi ne INT16U un sig ned intsbit K1 = P19sbit K2 = P11;/sbit K3 = P 1八2;/按键检测时间 获取到

17、按键的值sbit K4 = P 1八3;/#defi ne KEY_CHK_TIM 10u8 _g_key_value;跑马灯数组：code u16 dis pcode16=0xfeff,0xfdff,0xfbff,0xf7ff,0xefff,0xdfff,0xbfff,0x7fff,0xfffe,0xfffd,0xfffb,0xfff7,0xffef,0xffdf,0xffbf,0xff7f；双流水灯数组：code u16 dis pcode116=0xfe7f,0xfc3f,0xf81f,0xf00f,0xe007,0xc003,0x8001,0x0000,0x7ffe,0x3ffc,0x

18、1ff8,0x0ff0,0x07e0,0x03c0,0x0180,0x0000;定时器初始化函数:void timenit(void) TMOD |= 0x01; TH0 = 0xf8;TL0 = 0x2f;/=1;ET0 = 1;EA = 1;ES = 1;TRO设定定时器初值/(65535-63535)大约 60ms打开定时器开中断(2)void dis p0(void) /调用前面的跑马灯数组u8 i; / 定义 ifor(i = 0 ;i<16;i+)跑马灯运行方式:P0 = dis pcodei>>8; P2 = dis pcodei; delay_ms(100);

19、/ P0/P1/口运行第二行数组 口运行第一行数组延时100ms(3) 鸳鸯灯运行方式：void dis p1(void)delay_ms(100);P0 = 0xaa;P2 = 0xaa; delay_ms(100);P0 = 0x55;P2 = 0x55; delay_ms(100);(4) 双流水灯运行方式：void dis p2(void)u8 i;for(i = 0 ;i<8;i+)P0 = dis pcode1i>>8;P2 = dis pcode1i;delay_ms(100);:/P0/P2/P0/P0/延时100ms口 8个LED单数亮口 8个LED灯亮双数

20、灯亮双数灯亮延时100ms口运行第二行数组，逐个点亮，向中间 口运行第一行数组，逐个点亮，向中间for(i = 8 ;i<16;i+)P0 = dis pcode1i>>8;P2 = dis pcode1i; delay_ms(100);/向两边亮向两边亮延时100msk1_P re_kep_tim = 0;/中断计数清零（5）按键扫描函数:k1_ pre_kep_tim k1_p ress_flag = 0;if (k1_short_ press_flag =1 ) k1_short_ press_flag = 0;=0;/k1/k1/按键按下保持时间清零按键按下标志清零短

21、按标志为1短按标志清零g_key_value = 1;/触发1号短按键else if (k1_p ress_flag = 0)k1_P re_kep_tim+;if (k1_ pre_kep_tim > KEY_CHK_TIM) k1_short_ press_flag = 1;/累加定时中断次数/短按标志置1void key_sca n(v oid)1 staticu16k1_P re_kep_tim = 0;/k1按键按下保持时间staticu8k1_p ress_flag = 0;/k1按键按下标志staticu8k1_short_ press_flag=0;/k1短按触发标志st

22、aticu16k2_p re_ke p_tim = 0;/k2按键按下保持时间staticu8k2_p ress_flag = 0;/k2按键按下标志staticu8k2_pre_ctn_ti m=0; /按键连续触发的间隔延时计数staticu16k3_p re_ke p_tim = 0;/k3按键按下保持时间staticu8k3_p ress_flag = 0;/k3按键按下标志staticu8k3_pre_ctn_tim=0;/k1短按触发标志staticu16k4_p re_kep_tim = 0;/k4按键按下保持时间staticu8k4_p ress_flag = 0;/k4按键按

23、下标志if (K1 = 1)/当按键松开为真if (k1_pre_kep_tim > 300) (6)主程序:/只运行跑马灯if (con_f = 1) dis pO();if (con_f = 2) dis p1();/只运行鸳鸯灯if (con_f = 3) dis p2();/只运行双流水/循环以上三种if (con_f = 4) dis pO();dis p1();dis p2();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，然后双数亮，间隔时间也是100ms 当K3按下时，双流水灯开始，16个LED灯依次往中间移动，然后再依次往外 移动