倒数计数器课程设计课件

1、湖南涉外经济学院课程设计报告课程名称：单片机原理及应用报告题目：花样流水灯控制器学生姓名：李阳所在学院：信息科学与工程学院专业班级：电科1401学生学号：144290109指导教师：黄科2016 年06月20日课程设计任务书报告题目花样流水灯控制器完成时间2016.06.20学生姓名李阳专业班级电科1401指导教师黄科职称讲师总体设计要求和技术要点要求电路开启后，红黄绿三种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。电路启动后，要求红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。红黄绿灯每次亮的时间分别为5秒，5秒，10秒。工作内容及时间进度安排1、 查阅资料，确定课题设计方案 6月13日2、

2、绘制完整的的电路原理图 6月14日3、 绘制程序流程图 6月15日4、 编写程序并调试 6月16日5、 系统仿真，排除硬软件错误 6月17日6、 系统验收 6月20日7. 编写课程设计报告、答辩 6月20至24日课程设计成果1与设计内容对应的软件程序2课程设计总结报告摘要：电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在老师的指导下完成大纲规定的实验任务。通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件，熟悉常用仪器的使用方法，掌握正确记录.处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题的能力，培养学生具有严谨的工作作风，

3、实事求是的科学态度，刻苦钻研、勇于探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公物的优良品质，为今后从事专业科研工作和工程技术工作打下良好的基础。流水灯是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮。流水灯控制是可编程控制器的一个应用，其控制思想在工业控制技术领域也同样适用。流水灯控制可用多种方法实现，但对现代可编程控制器而言，利用移位寄存器实现最为便利。通常用左移寄存器实现灯的单方向移动；用双向移位寄存器实现灯的双向移动。 要求红黄绿三种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。电路启动后，要求红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。红黄绿灯每次亮的时间分别为5秒，5秒，10秒。 

4、;关键词：流水灯 74LS161计数器 74LS194移位寄存器 CC7555定时器 自启动 红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。红黄绿灯每次亮的时间分别为5秒，5秒，10秒。目录一、功能介绍1二、系统设计3三、硬件设计4四、软件设计4五、系统调试8六、结论与心得9七、参考文献10一、功能介绍1.1 单片机基础知识单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。它的体

5、积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。 现在，这种单片机的使用领域已十分广泛。彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中。单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。单片机按用途大体上可分为两类，一种是通用型单片机，另一种是专用型单片机。MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，与MCS- 48单片机相比，它的结构更先进，功

6、能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MSC-51单片机作为代表进行理论基础学习。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。1.2 单片机的发展趋势 单片机现在可以说是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以

7、预示单片机的发展趋势，大致有： 一、微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装

8、形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。二、低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。像80C51就采用了HMOS（即高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺）。CMOS虽然功耗低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径

9、。 三、主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以89C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以89C51占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集合（RISC）也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEX公司近年的单片机产量与日俱增，与其底价质优的优势，占据一定的市场份额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补、相辅相成、共同发展的道路。九十年代以后，

10、单片机在结构上采用双CPU或内部流水线，CPU位数有8位、16位、32位，时钟频率高达20MHZ，片内带有PWM输出、监视定时器WDT、可编程计数器阵列PCA、DMA传输、调制解调器等。芯片向高度集成化、低功耗方向的发展，使得单片机在大量数据的实时处理、高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以及局域网等方面得到大量应用。这类单片机有NEC公司的MPD7800，MITSUBISHI公司的M337700，REVKWELL公司的R6500。1.3 项目设计任务与要求、一丶任务 设计一款以AT89C51单片机作为主控核心，按键控制电路、流水灯显示电路以及单片机最小系统等模块组成的核心

11、主控制电路。二丶设计要求 通过发光二极管显示不同的花样（至少有六种花样），并且可以通过按键来控制流水灯的速度。二丶设计方案本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED流水灯循环系统的设计，来达到本设计的要求。其硬件构成框图如下图所示，以单片机为核心控制，由单片机最小系统（时钟电路、复位电路、电源）、按键控制电路、LED发光二极管和5V直流电源组成。AT89C51单片机时钟电路复位电路按键控制电路直流5V电源电路LED流水灯单片机流水灯循环控制系统硬件框图此设计方案中单片机的P1口接5路按键控制电路，实现流水灯花型的切换功能；单片机的P3.7引脚接上一个按钮开关以实现对流水灯闪烁频率

12、的控制，即实现了快慢两种节拍实现花型的变换；单片机上的P2口接八路LED发光二极管组成流水灯电路，显示流水灯循环情况。三丶硬件设计3.1 直流稳压电源电路对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。电子设备除用电池供电外，还采用市电（交流电网）供电。通过变压、整流、滤波和稳压后，得到稳定的直流电。直流稳压电源是电子设备的重要组成部分。本项目直流稳压电源为+5V。 直流稳压电源的制作一般有3种制作形式，分别是分立元件构成的稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。下图为稳压电源采用的是三端集成稳压器7805构成的正5V直流电源

13、。三端固定式集成稳压电源电路图AT89C51单片机的工作电压范围：4.0V-5.5V，所以通常给单片机外接5V直流电源。此处用3节1.5V的干电池供电。3.2 单片机最小系统要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成，单片机最小系统如图所示。时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复

14、位功能。单片机最小系统3.3 LED电路LED流水灯显示电路LED流水灯显示电路如图所示，实际上是由8个发光二极管和8个电阻构成的电路。发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应的P2口上。通过软件编程对P2口输出高低电平来实现不同的闪烁花型。由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上，另外，他的工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA，电阻选择范围1003000在此我们这里选用560的电阻。3.4 按键控制电路按键控制电路如下图所示，是由6个按键开关构成的。他们分别接在单片机AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1-Key5接在P1.0-P1.4,Key6接在P3.7上。为了一对一

15、的控制LED灯的闪烁方式。当按下开关Key1时, LED流水灯系统闪烁第一种流水灯花型。当按下开关Key2时, LED灯系统闪烁第二种闪烁方式。当闭合Key6时，流水灯闪烁节拍变慢。键盘控制电路3.5 串口电路串口电路为单片提供与PC机连接端口，为单片机提供下载程序到单片机程序存储器中。串口原理图如下图所示。串口也称串行通信接口，RS-232是目前最常用的一种串行通讯接口，由于其形状和针脚数量的原因，其接头又被称为DB9接头。RS-232针脚定义: 2RXD 接收数据、3TXD发送数据、5GND系统接地，一般就用到这几个引脚。串口原理图MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的单

16、电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。MAX23内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路：由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成，功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道：由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道，其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道，8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头

17、；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出第三部分是供电：15脚DNG、16脚VCC（+5v）。四丶软件设计判断有无按键按下YN开始当Key1-Key5有键按下时调用延时程序调用彩灯循环程序当Key6按下时设定相应的延时参数R5的值主程序流程图 本设计是以单片机AT89C51为核心控制8个发光二极管5种闪烁方式的变换。硬件电路如图所示，八个发光二极管D1D8分别接在单片机的P2.0P2.7接口上，当给P2.0口输出“0”时，发光二极管点亮，当输出“1”时，发光二极管熄灭。可以运用输出端口指令MOV P0，A或MOV P0，DA

18、TA，只要给累加器值或常数值，同理，接在P2.1P2.7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，只要将发光二极管LED1LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的成流水灯了。在此还应注意一点，由于视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到闪烁效果。程序启动时跳转到键盘判断模块程序中，此程序里面包含Key1-Key5的按键情况判断，循环检测直到有按键按下的时候，程序转去相对应按键的流水灯显示的花型模块，与此同时，当按键Key6有闭合时，程序中调用延时程序时，给延时参数赋值上另一个值，是延时程序延时

19、时间发生改变，以达到不同快慢节奏闪烁的流水灯。具体程序流程如下图所示。五、系统调试图5-1六、结论与心得本方案以AT89C51单片机作为主控核心，按键控制电路、流水灯显示电路以及单片机最小系统等模块组成的核心主控制电路，利用软件编程烧录程序到单片机来实现对LED流水灯进行控制，与其他LED流水灯相比该电路结构简单、易操作、硬件少、体积小、成本低、低能耗等优点，其电路集成度高，工作原理简单，清晰明了，控制图案的花样多，移植性好。这次课程设计的时间虽然不算很长，但使我对很多东西有了更深刻的认识。平时在课堂上无法掌握的集体操作都有了一定的进步。总结如下： 查阅资料和阅读相关文献的重要性。 向同学请教的重要性，团结协作的重要性。 勤动手的重要性，自己动手，丰衣足食！以前很多时候一遇到问题常常都会问同学，但是通过这次设计，我学会了自己努力解决困难，提高了自己解决问题的能力。 对待任何事情都要有耐心和恒心，遇到问题要冷静地思考，积极找出症结所在，逐个解决。通过本次课程设计，我更深刻的认识到了教学实践在大学课程中的重要