多功能循环灯控制系统

1、 河南工业职业技术学院 鸳鸯 戏水灯课程设计 班级 电力1001 姓名 刘德明 学号 0403100101 目录一、 概述········································

2、;··········111 设计的目的与意义······································

3、;112 单片机概述与应用·······································1二、 设计原理·······

4、83;······································421 设计要求与基本思路·········&#

5、183;··························422 设计方案选择·····················

6、3;·····················523 设计框图···························&#

7、183;···················524 设计原理·····························

8、··················5三、 硬件电路设计······························&#

9、183;············531 时钟电路····································

10、··········532 复位电路······································

11、3;·······633 输入电路·········································&#

12、183;····834 输出电路············································

13、··935 扩展电路··············································1136

14、 MCS-51中断系统的结构································12四、 程序设计··············&

15、#183;·······························1341 程序设计思路与流程图···············

16、3;···················1342 程序清单与代码····························

17、3;············1543 程序调试····································&

18、#183;··········17五、 元件明细表·····································

19、83;·······17六、总结与致谢·········································

20、·····18七、 参考文献···········································

21、83;···18171. 概述1.1、设计的目的与意义 21世纪，以计算机为代表的IT产业发展迅速，各类计算机的应用在工业、农业、国防、科研及日常生活等领域发挥着越来越重要的作用，成为各国水平的重要标志之一。世界上电子计算机问世以来，计算机的发展日新月异，在短短的几十年间，已有电子管数字计算机发展到今天的超大规模的电子计算机，运算速度由5000次每秒提高到今天的上百次每秒。作为微型机的一个分支单片机，由于其体积小、功耗低这两个优点，是单片机在工业控制、智能仪表、家用电器、智能玩具以及LED显示屏控制等方面得到越来越多的应用。所以作为作为电气自动化专业的大学生掌握单

22、片机开发技术并进行开发是应该的也是必须的。1) 学会用汇编语言对实际问题进行编程；2) 了解主要的单片机并熟练掌握MC-51系列的特性；3) 了解系统的工作原理；4) 掌握单片机解决实际问题的一般步骤；5) 学会单片机的中断运用和ROM、RAM的扩展等；6) 掌握8031单片机的工作原理和应用；7) 通过课程设计培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力；8) 通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册的能力和一定的文字表达能力。1.2、单片机概述与应用单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机

23、通用型单片机的主要特点内部资源比较丰富、性能全面、通用型强、可覆盖多种需求。目前世界上单片机生产厂商很多, 如: Intel、 Motorola、 Philips、 Siemens、 NEC、 ADM、 Zilog等公司, 其主流产品有几十个系列, 几百个品种。 尽管其各具特色, 名称各异, 但作为集CPU、 RAM、 ROM（或EPROM）、 I/O接口、 定时器/计数器、 中断系统为一体的单片机, 其原理大同小异。 现以Intel公司的系列产品为例, 说明各系列之间的区别。 Intel公司从其生产单片机开始, 发展到现在, 大体上可分为3大系列: MCS48系列、MCS51系列、MCS96

24、系列。该3大系列的性能简介见表21。表21 Intel单片机系列性能简介MCS51系列单片机是由8大部分组成的。（1）一个8位中央处理机CPU。（2）128个字节（MCS52子系列为256字节）的片内数据存储器RAM。（3）4 KB（MCS52子系列为8 KB）的片内程序只读存储器ROM或EPROM（8031和8032无）。（4）18个（MCS52子系列为21个）特殊功能寄存器SFR。（5）4个8位并行输入输出I/O接口: P0口、 P1口、 P2口、 P3口（共32线）, 用于并行输入或输出数据。（6）1个串行I/O接口。（7）2个（MCS52子系列为3个）16位定时器/计数器。（8）1个具

25、有5个（MCS52子系列为6个或7个）中断源, 可编程为2个优先级的中断系统。 它可以接收外部中断申请, 定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。8031和8051是最常见的mcs51系列单片机，是inter公司早期的成熟的单片机产品，应用范围涉及到各行各业,由于8031与8051兼容只是8031没有程序存储器，需要在片外扩展一片程序存储器。下面介绍一下它的引脚图等资料。MCS51系列单片机引脚及总线结构 (a) 管脚图； (b) 引脚功能分类MCS-51系列单片机内部结构框图MCS51系列单片机内部结构简化框图单片机的应用范围很广，在以下各个领域有广泛的应用： 1、工业自动化。主要是过程控制

26、技术、数据采集、测控技术和机电一体 化技术（机器人）； 2、智能仪器仪表。用于提高仪器的精度和准确度； 3、消费类电子产品。主要是家电领域。像洗衣机、电冰箱、空调、电视、 微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等； 4、通信方面。用于调制解调器、程控交换技术以及各种通信设备； 5、武器装备。飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航 天飞机导航系统等都有单片机深入其中； 6、终端机外部设备控制。计算机网络终端设备如银行终端以及计算机外 部设备，如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等，在这 些设备中都使用了单片机； 7、多机分布式系统。可用单片机构成分布式测控系统，它使单片机进入 了

27、一个新的水平。2. 设计原理2.1、设计要求与基本思路基本要求：利用8031的P1口控制8个发光二极管。要求利用开关1、2、3分别设计流水灯，鸳鸯戏水灯和跑马灯程序，循环不止。紧急情形下，控制p3.1进行声报警5S停止。基本思路：利用8031单片机以及其外扩、报警电路、复位电路、时钟电路、电源电路等硬件，自己设计程序并调试运行。2.2、设计方案选择（选择依据）1、单片机的选择 选用AT89C2051单片机，配备11.0592MHz晶振，复位电路采用上电复位。2、显示电路选择 采用软件译码动态显示，P0.0-P0.7作发光二极管的位选口。码管的段选口。考虑直接用单片机I/O口作位选时可能驱动功率

28、不够，可采用三极管9012作驱动，共阳极数码管显示。3、电源选择 采用直流5V电源供电。2.3、设计框图系统结构框图2.4、设计原理利用8031单片机以及其外扩、报警电路、复位电路、时钟电路、电源电路等硬件结构组成的完整系统来执行相应程序，达到装饰、美化等效果。3. 硬件电路设计3.1、时钟电路TAL1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。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一

29、个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。如图6所示为时钟电路。 XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.

30、2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51X1CRYSTALC130pfC230pf时钟电路图3.2、复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。通过某种方式，使单片机内存各寄存器的值变为初始的操作称为复位(reset)。复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图所示为复位电路。XT

31、AL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.

32、6/A1427U1AT89C51R110KC330pfR210KD1LED-GREEN34U2:B74LS04复位电路图在RESB 端加上一个低电平就可令其复位。该电路具有手动和上电复位两种功能。如图2.19所示是一个简单的复位电路。当电源电压低于2.2V 时，系统会变得不稳定且容易出错。导致电源电压过低的原因很多，如电压的反跳、负载过重、电池电量不足如果电源电压低于2.2V 时，会在4个时钟周期之后产生一个复位信号，使系统复位。LVR 时序如图2.20所示：为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图1所示的RC 复位电路可

33、以实现上述基本功能，但解决不了电源毛刺和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题。而且调整RC 常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效，右边为低电平，Sm 为手动复位开关，Ch 可避免高频谐波对电路的干扰。3.3、输入电路用固定式三端集成稳压电路7805设计制作连续可调直流稳压的实际电路如图所示，图中R1取220，R2取680主要用来调整输出电压。在使用前应把电压调到单片机适用电压+5V。3.4、输出电路发光二极管报警电路的设计由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。下图所示为发光二极管报警电路

34、。发光二极管报警电路图声音报警电路的设计此声音报警电路用555多谐振荡器构成模拟声响电路，当单片机响应报警时p3.1引脚输出高电平，555定时器的复位端4脚输入高电平，电路开始振荡发出报警声，当10s计时结束或人工复位时，p3.1输出低电平，555振荡器的4引脚接收到低电平，振荡器停止震荡，报警停止。报警电路如下： XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.

35、56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U3555C430ufLS1SPEAKERR1415KC50.3uFR131KC60.01uf声音报警电路手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图所示：中断源发出中断申请关中断、保护现场INT

36、O端有输入信号关闭报警恢复现场、开中断中断返回3.5、扩展电路8031与2764程序块合用扩展为8K程序存储系统，其线路图如下：因8031芯片内没有程序存储器，因此它在应用中与程序块2764连用。8031P0口外接一个地址锁存器 ，8031访问外部程序存储器时，低8位地址由P0输出，并由ALE信号锁存到地址锁存器中，地址锁存器输出地址信息AB 0-7 接到2764的地址线A0-A7上，P2口输出地址信息高8位，P2.0-4输A21-25，接到2764的A22-25，P24-27，AB12-15接址直译码器，译出选择线0-N分别连续接到2764的CE（0）、 CE（N）8031的外部程序存储器

37、；选通信号线PSEN接2764，2764的数据允许输出端OF。8031的P0连接到址锁存器的输入端和2764的数据线D0D7上，8031通过十六位的地址线能对外部64K字节程序存储器 和64K字节的数据存储器寻址，因为程序存储器EPROM用8031的PSEN信号选通，而数据存储器RAM用8031的读信号RD和写信号WR选通的，在CPU取指令周期，P2口和P0口输出的是程序计数器PC的值，8031的外部程序选通信号PSEN，在ALE返回电平后发生负跳变，选通外部程序存储器，由地址线AB015确定外部EPROM中指令字节传送到P0口供CPU读取，读写信号线WR、RO始终为高电平，即RAM数据存储器

38、不会被 选通，而在8031访问外部RAM数据存储器的周期内，WR发生负跳变，程序选通信号，PSEN始终为高电平，CPU只和外部RAM传送数据，EPROM没有被选通。3.6、MCS-51中断系统的结构中断执行的过程MCS-51系列单片机有5个中断请求源，两个中断优先级，可两级嵌套。中断请求源五个中断请求源 ：（1）INT0外部中断请求0，由引脚INT0输入，中断请求标志为IE0。（2）INT1外部中断请求1，由引脚INT1输入，中断请求标志为IE1。（3）定时器/计数器T0溢出中断请求，中断请求标志为TF0。（4）定时器/计数器T1溢出中断请求，中断请求标志为TF1。（5）串行口中断请求，中断请

39、求标志为TI或RI。标志位分别由特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。TCON为定时器/计数器的控制寄存器，字节地址为88H。包含：（1）T0和T1的溢出中断请求标志位TF1和TF0（2）外部中断请求标志位IE1与IE0。中断优先级寄存器IP两个中断优先级，可实现两级中断嵌套。一个正在执行的低优先级中断程序能被高优先级的中断源所中断，但不能被另一个低优先级的中断源所中断。若CPU正在执行高优先级的中断，则不能被任何中断源所中断。可归纳为下面两条基本规则： （1）低优先级可被高优先级中断，反之则不能。（2）同级中断不会被它的同级中断源所中断。某一中断源被设置为高优先级中断，则不能被任何其

40、它的中断源的中断请求所中断。中断优先级寄存器IP，其字节地址为B8H。4. 程序设计4.1、程序设计思路与流程图设计思路：利用中断查询程序来实现开关1、2、3分别设计流水灯，鸳鸯戏水灯和跑马灯程序，循环不止。利用中断报警程序来实现报警。最后再编写一个供整个程序延时使用的延时程序。流程图：结束停止运行蜂鸣器报警5s循环不止跑马灯子程序鸳鸯戏水子程序流水灯子程序通过1、2、3三个键进行中断执行不同程序判断是否有中断信号设计计数器初值设地址指针、中断等初始数值及设置开始4.2、程序清单与代码;外部中断实验，伪定义过程 K2 BIT P3.1;K2键设置 SPK BIT P0.4;蜂鸣器键设置 LED

41、8 EQU P1;LED设置 MCUDATA EQU 30H;数据变量设置 DLY1 EQU 40H;延时变量 DLY2 EQU 41H;延时变量 DLY3 EQU 42H;延时变量 ;单片机AT89S51，12M晶振 ORG 0000H;指令其始地址为0000H SJMP START;转程序开始 ORG 0013H;外部中断1的入口 SJMP K2INT START: MOV P1,#255;端口P1初始化 MOV P2,#255;端口P2初始化 MOV P3,#255;端口P3初始化 ;按键初始化 SETB K2 SETB SPK;初始化蜂鸣器 MOV MCUDATA,#0;数据变量初始化

42、 ;外部中断1的初始化 SETB EA;开总中断 SETB EX1;允许外部中断1 SETB IT1;外部中断1设为边沿触发方式 IN0: PUSH PSW ;保护现场 PUSH A JB P2.0,I0 ;查询三个装置，转入相应的子服务程序 JB P2.1,I1 JB P2.2,I2 EXIT: POP A ;恢复现场 POP PSW RETI I0: ;流水灯 LOOP1: LCALL DELAY ;调用延时 MOV A,#55H ;显示效果数据 MOV LED8,A ;显示效果输出 LCALL DELAY ;调用延时 MOV A,#0AAH ;显示效果数据 MOV LED8,A ;显示效

43、果输出 DJNZ NUM,LOOP1 AJMP EXIT输出LC LCALL DELAY ;调用延时 MOV A,#0EFH ;显示效果数据 MOV LED8,A ;显示效果输出 LCALL DELAY ;调用延时 MOV A,#0DFH ;显示效果数据 MOV LED8,A ;显示效果输出 LCALL DELAY ;调用延时 MOV A,#0BFH ;显示效果数据 MOV LED8,A;显示效果输出 LCALL DELAY ;调用延时 MOV A,#07 I1: ;鸳鸯戏水灯 LOOP2: LCALL DELAY ;调用延时 MOV A,#0FEH ;显示效果数据 MOV LED8,A ;显示效果输出 LCALL DELAY ;调用延时 MOV A,#0FDH ;显示效果数据 MOV LED8,A ;显示效果输出 LCALL DELAY ;调用延时 MOV A,#0FBH ;