基于单片机的跑马灯设计剖析

1、EDA项目开发课程设计任务书题目名称：基于单片机的跑马灯设计专业电子工程技术班级：电子143姓名刘恒亮学号1430905031学校：河南职业技术学院指导教师：秦连铭2016年6月5日课程设计任务书课程名称：微型计算机系统设计题目：基于单片机的跑马灯设计系统硬件要求：根据实际要求，以MCS-51单片机为核心，设计3个按键，每个按键对应一个花样，可手动显示，即按一个按键，显示一种花样，也可以再设计一个按键用于连续显示每个花样，每个花样显示的时间和花样设计者自己规定，并在论文中给定。设计控制系统硬件电路，编写C语言或汇编语言程序，并用PROTEUS软件进行实时仿真。要求：(1) 扩展接口(8255或

2、8155),设计至少4个按键(2) 设计至少32个LED(3) LED显示至少有3种花样，可单独显示也可自动循环显示软件设计：1 )主程序设计2 )各功能子程序设计其他要求：1、每位同学独立完成本设计。2、依据题目要求，提出系统设计方案。3、设计系统电路原理图。1、调试系统硬件电路、功能程序。2、编制课程设计报告书并装订成册，报告书内容(按顺序)(1)报告书封面(2) 课程设计任务书(3) 系统设计方案的提出、分析(4) 系统中典型电路的分析(5) 系统软件结构框图(6) 系统电路原理图(7) 源程序(8) 课设字数不少于3000字成绩评语目录第一节AT89C51芯片分析I第二节设计概述3第三

3、节算法.5第四节编程技巧7第五节电路设计及功能说明，硬件原理框图及电路图（包括接口芯片简介）.8第六节调试过程中的主要难点（自己遇到的）及解决思路和办法；.8课设结果及分析、收获、体会和建议；.9参考文献10附录111附录21214第一节AT89C51芯片分析ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，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AT89C51的芯片引脚图如下：PDIP/CerdipP10cPi.i匚Pl.2匚Pk3LZP1C户1-各匸piecPl.7cAST匚tRXD)P3,0匚(TXD)P3.1匚(INTO)P3-2C

4、P3.3匚(TO)P3-4亡(Tl)P3.&CP3.&E(RD)P37匚XTAL2匚XTAI.1CGNDrO123J-567890fs34587B&111111111-12403938373A3534S3323t303928Z7202524232221 vcc二P00(ADOt P0.1(ADI) P02(AD2) P03(AD3)JP(M(AD4)JP0,5(APS)JP06(ACS)：1PO7(AQ7) eajvpp AtE/PRG:-PSEsr W.7(A1$)ZlP2r6(A14) Pi.S(A13) P2.4(A12) P2.3(All) P22(A10JrP31(A9)3PI0各引

5、脚的说明和功能分析如下：VCC：供电电压。GND:接地。P0口：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P1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,它可以被定义为数据/地址的第八位。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外部必须被拉高。P1口：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口作为第八位地址接收

6、。P2口：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。P3口：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

7、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。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H,其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态ACC00HB00HFSW

8、00HSF07HDFH00HTH000HDFLOOHTLOOOHIFxxxOOOOOETH1OOHIEOxxOOOOOETL1OOHBIODOOHTCONOOHSCONxxxxxxxxESEUFOOHF0-F31111111BPCONOxxxxxxxES051的初始态（4-2-2）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想

9、禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VP

10、P）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，A

11、T89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM,定时器，计数器,串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。第二节设计概述本程序设计意在展示跑马灯的色彩样式及“跑马”变换效果，如果将跑马灯做大，会有很高的观赏价值。通过对一些相关书籍资料的查阅及网上各种作品和代码的浏览，对各种实现代码的比较和优化，总结出本程序，以较优秀的代码实现各种可控的“跑马灯”功能。硬件系统部分包括显示部分、按键控制部分和控制芯片。系统框图如下：有袒揑下沖束抿据卷宜运吁不可

12、模式施马灯后动定fr数垂LED灯灭结束鱼皂第三节算法编译两个函数，分别是voiddisplay()函数和voiddelay()函数，前者是LED显示函数，后者是延时函数。程序的开始，先定义各个参数、各口的地址以及各个位。主函数中，定义yl、y2分别为PA口PB口的相应地址，控制各个LED灯的亮灭；m为显示函数voiddisplay()中for循环的个数，控制LED灯亮灭循环；kl、k2分别为PA口PB口地址转移的个数，控制PA口PB口地址转移的方式；t为延迟的参数，顺、跳两模式定义不同的k值和m值。然后定义CPU的各个状态，使其正常工作。在顺序显示中，先进入while(1)循环，循环中两判断条

13、件if(P1=0xfd)，令k1=1，实现顺显示，和if(P1=0xfb)，令k2=2实现跳显示。根据条件进入相应模式，各有一个LED灯亮、两个LED灯亮、四个LED灯亮、八个LED灯亮，和一个LED灯、两个LED灯、四个LED灯间隔亮显示函数voiddisplay()中，两个for循环分别控制PA口PB口LED灯的循环模式，其中n为for循环的次数。先定义PA口PB口的首地址outdatal、outdata2进入循环，函数_cror_和_crol_控制他们地址不同的转移方式，k为其中的转移的个数。t为延迟函数的参数，控制亮灭延迟的时间。延迟函数voiddelay()中，t为延迟的参数，控制程

14、序中所需的延迟时间。程序中各个参数之间都一一对应，根据要求相互呼应。通过控制这些参数的量值来实现硬件仿真中多种跑马灯的运行模式。第四节编程技巧设计中，我将与PA相连的LED灯顺序排列，与PB相连的逆序排列，要注意两组初始值并不相同，明确参数间的关系，多个参数组合使用，实现跑马灯的多种运行方式。第五节电路设计及功能说明，硬件原理框图及电路图（包括接口芯片简介）；本次设计采用AT89C52芯片驱动可编程接口芯片8155的扩展来实现LED灯的多种显示方式。让AT89C52芯片的P0口与8155芯片的三态双向数据总线DOD7连接，实现数据传送。当CPU执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作

15、，控制字和状态信息也通过数据总线传送。8155的地址选择线A1、AO分别与AT89C52的P2.7和P2.6连接，通过定义不同的地址来定义8155芯片PA口和PB口的工作方式。读写命令线分别与单片机的读写命令线相连，片选线直接接地，复位线RESET接单片机的P2.5。同时PA口与8个LED灯顺序连接。PB口与8个LED灯逆序连接，通过按键控制可以选择不同的运行模式，实现多种跑马灯的运行模式。3S3M-EJ-33油3W-三1S言一昏SI-VUOE勺乍亠55IMU.S-JEF34ft.M3畐遇J骚:M11.1II!；，/匸弐4第六节调试过程中的主要难点（自己遇到的）及解决思路和办法；设计中与PA口

16、连接的LED灯是顺序依次亮，与PB口连接的LED灯是逆序依次亮,要注意PA初始状态分别是fe、fc、fO、OO，PB初始状态分别是7f、3f、Of、OO。其次PB口跳跃亮，所以k2初始值为2。课设结果及分析、收获、体会和建议通过此次为期两周的课程设计，我加深了对单片机以及C语言的认识和理解，使各部分的知识得到了进一步的巩固。将平时学的理论知识真正应用到实际中，实现了学与用相结合，应用单片机这一开发环境，软硬件结合来达到设计一实物的目的。同时还了解了两个专业软件：KEILC和PROTEUS仿真软件，现在基本熟悉了他们的应用与相关知识。此次课程设计，关键的是整个课设过程，这中间有着我们的辛勤劳动和

17、认真的思考，过程有些枯燥，但却十分有意义。仿真和程序的编写都会遇到很多问题，但我们保持耐心，认真对待，问题终会解决。整个过程认真坚持下来，你会收获很多，体会很多，不管是对以后的学习，还是对我们的自身本事的锻炼，这些都是我们非常宝贵的财富。课设过程中遇到的苦难，通过对设计的认真分析以及与同学们的讨论，找到了其中的出错点，将其改正，每个问题都这样一一改正，整个课设完成的十分成功。此次课设还锻炼了我们的动手能力，开阔了我们的思维境界，使我们的知识更丰富，不仅加深了我们对所学专业的认识，更增加了我们对所学专业的兴趣！参考文献1C语言程序设计教程张敏霞，孙丽凤主编北京：电子工业出版社，2007.32单片

18、机原理及接口技术社，2010.53模拟电路课本4数字电路课本胡汉才主编北京：清华大学出版#defineucharunsigned#definePAXBYTE0x00#definePBXBYTE0x0l#definePCXBYTE0x02#defineCOMXBYTE0x03char附录1.!：TAL1-：IU1J/uz/D3uiD+iJ3+D51+JJUta和J2uriU1JXU2paaTmP3.4HTDP35T1PH.MTF：pajiKT附录2#include#include74-LE：vTE：nH6sbitkl二P0;sbitk2二P1;sbitk3二P2;sbitk4二P3;ucharc

19、odelie8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;ucharcodehangk08=0x00,0xc3,0xc3,0xff,0xff,0xc3,0xc3,0x00;ucharcodehangkl8=0xle,0x2l,0x42,0x84,0x84,0x42,0x2l,0xle;ucharcodehangk28=0x00,0x00,0x7f,0x88,0x88,0x67,0x00,0x00;unsignedcharmode;unsignedcharkey;voidkeyscan(void);voiddelay(uchart);voidlight0(void);voidlightl(void);voidlight2(void);voidmain()PA=0;PB=0;COM=0x80;IT0=1;EX0=1;EA=1;while(1)sw