基于单片机的跑马灯设计剖析

PAGEPAGE15《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：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。调试系统硬件电路、功能程序。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1………………11附录2………………12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：各引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。

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，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（VPP）。

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，AT89C51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：第三节算法

编译两个函数，分别是void

display(

)函数和void

delay(

)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y1、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void

display(

)中for循环的个数，控制LED灯亮灭循环；k1、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void

display(

)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outdata1、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void

delay(

)中，t为延迟的参数，控制程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D0～D7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，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、A0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。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、f0、00，PB初始状态分别是7f、3f、0f、00。

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：KEIL

C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

1

C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，2007.3

2

单片机原理及接口技术

胡汉才主编

北京：清华大学出版社，2010.5模拟电路课本数字电路课本附录1附录2#include

<reg51.h>

#include

<absacc.h>

#define

uchar

unsigned

char

#define

PA

XBYTE[0x00]

#define

PB

XBYTE[0x01]

#define

PC

XBYTE[0x02]

#define

COM

XBYTE[0x03]

sbit

k1=P1^0;

sbit

k2=P1^1;

sbit

k3=P1^2;

sbit

k4=P1^3;

uchar

code

lie[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

uchar

code

hangk0[8]={0x00,0xc3,0xc3,0xff,0xff,0xc3,0xc3,0x00};

uchar

code

hangk1[8]={0x1e,0x21,0x42,0x84,0x84,0x42,0x21,0x1e};

uchar

code

hangk2[8]={0x00,0x00,0x7f,0x88,0x88,0x67,0x00,0x00};

unsigned

char

mode;

unsigned

char

key;

void

keyscan(void);

void

delay(uchar

t);

void

light0(void);

void

light1(void);

void

light2(void);

void

main()

{

PA=0;

PB=0;

COM=0x80;

IT0=1;

EX0=1;

EA=1;

while(1)

{

switch(key)

{

case

1:

light0();

break;

case

2:

light1();

break;

case

3:

light2();

break;

case

4:

light0();delay(1000);light1();delay(1000);light2();delay(1000);

break;

default:

break;

}

}

}

void

int0(void)

interrupt

0

{

keyscan();

}

void

delay(uchar

t)

{

uchar

i=0;

while(t--)

for(i=0;i<120;i++);

}

void

keyscan(void)

{

if(k1==0)

{

delay(10);

if(k1==0)

{

while(!k1);

key=1;

}

}

if(k2==0)

{

delay(10);

if(k2==0)

{

while(!k2);

key=2;

}

}

if(k3==0)

{

delay(10);

if(k3==0)

{

while(!k3);