《单片机一体化应用技术基础》项目四 LED一体化应用设计

单片机一体化应用技术基础项目四LED一体化应用设计

本项目主要介绍利用单片机输入与输出控制引脚实现对LED的综合控制。

利用ProteusISIS平台完成“钻”形到“心”形LED仿真电路原理图的升级设计，利用ProtelDXP2004平台完成“心”形LED彩灯原理图、PCB板设计。通过KeilC项目，完成程序设计部分（HEX文件）准备。最后结合前面项目的单片机最小系统电路，综合相关技术，最终完成“心”形LED彩灯实物设计。◎教学目标

通过单片机控制LED彩灯从简单的LED认识开始，到实用的LED交通信号灯的设计，使学生对单片机技术、焊接工艺等完成一体化思维基础构建。◎教学提示

本项目完成LED的Proteus电路仿真设计、ProtelDXP2004设计，最后到实际单片机电路的手工组建及其标准PCB板电路的安装与调试，再到程序的设计与下载，在设计、安装、调试、下载的整个过程中充分体验一体化设计带来的快乐感、成就感。

重点是单片机系统电路手工制作、电路仿真、PCB设计制作及程序综合设计。项目四LED一体化应用设计眼见为识——LED

发光二极管简称为LED（Light-EmittingDiode），是一种能将电能转换为光能的半导体电子元件，目前已广泛应用在电路及仪器中作为指示灯，LED数字显示广告灯牌、各种彩灯等，如下图(a)、(b)、(c)所示。

任务一

初识LED融会贯通——电气符号

在不同的电子CAD设计软件中，同一种电子元器件的电气符号有的类似，但也不尽相同，如下图所示。

任务一

初识LED理实并进——单片机端口和LED连接电路

LED在电路中有两种连接方法：一种是共阳极接法，另一种是共阴极接法。如下图(a)、(b)所示。

任务一

初识LED1.打开项目三任务四中建立的”钻”形LED仿真电路原理图、设计效果图，如下图所示。

任务二

“心”形LED电路设计眼见为识——“心”形2.将上图中的LED数量进一步增加，改为浪漫的“心”形，而且实战中我们就用红色的LED灯泡。增加了LED模拟灯泡的Proteus仿真电路原理图的效果如下图所示。

任务二

“心”形LED电路设计眼见为识——“心”形3.这里使用P3口的8位，完成16个LED灯泡连接，做法是将两个LED灯泡为一组共用一位，电路采用“并联分流”连接

。

任务二

“心”形LED电路设计眼见为识——“心”形4.手工安装与调试“心”形电路部分，结果如下图所示，(a)为手工安装“心”形LED正面实物图，(b)为手工焊接“心”形LED反面实物图。(a)手工安装“心”形LED正面实物图(b)手工焊接“心”形LED反面实物图

任务二

“心”形LED电路设计眼见为识——“心”形融汇贯通——相关设计1.利用ProtelDXP2004设计“心”形LED电路原理图，16个LED电路原理图设计效果如下图所示。

任务二

“心”形LED电路设计2.利用ProtelDXP2004PCB设计“心”形LEDPCB单面板布线图，16个LEDPCB单面板布线设计效果如下图所示。融汇贯通——相关设计

任务二

“心”形LED电路设计理实并进——“心”形LED仿真电路设计设计“心”形proteus仿真电路具体操作步骤如下：1.打开项目三任务四中”钻”形仿真电路原理图文件“3-48LEDdiamond.dsn”。2.单击Proteus编辑区环境下对象选择器窗口中的“LED-RED”红色发光二极管，在电路原理图窗口中双击依次放置LED9---LED16。3.选择LED对象，简洁LED参数、元件值等标号。设置其属性。4.为共阳极LED添加电源符号。5.最终完成LED、电源摆放。

任务二

“心”形LED电路设计最终，连线完成

“心”形proteus仿真电路设计如下所示。理实并进——“心”形LED仿真电路设计

任务二

“心”形LED电路设计AT89S52单片机设计制作所需的基本电子元器件与材料清单，如教材中表格所示。单片机设计制作所需的基本电子元器件与材料实物，如下图所示。

任务三

实战“心”形LED电路板眼见为识——组建单片机系统融会贯通——相关技能1.电子元器件成型形状参考，如下图所示。2.电子焊接技术主要涉及的电烙铁五步焊接操作法，如下图所示。

任务三

实战“心”形LED电路板3.常用电子测量仪器（如万用表）的正确使用。特别注意：a.模拟式万用表内电池的正极与黑表笔相连，不可与万用表面板的“＋”、“－”相混。而数字式万用表正好相反。b.电阻、电容、二极管、三极管、开关等常用元器件的检测，电流、电压的测量等相关技能是学者必须掌握的。融会贯通——相关技能

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作实战“心”形LED电路板的具体步骤如下：1.新建工程项目和原理图文件。2.绘制原理图。

最终完成的“心”形LED单片机电路原理图如下图所示。

任务三

实战“心”形LED电路板3.生成的“心”形原理图网络表如下图。

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作4.进行PCB设计。

这里将“心”形LED单片机电路进行PCB的单面设计。在正式设计PCB之前，先大致介绍一下设计流程：准备原理图和网络表→规划电路板→设置环境参数→装入网络表和元件封装→设置工作参数→元件布局→自动布线和手动调整→覆铜→DRC检查→文件保存→送交制板厂商。

(1)回到“心形LED彩灯设计.prjpcb”项目编辑状态，单击File|New|PCB命令，系统会自动将新建立的PCB文件以默认的文件名“PCB1.PcbDoc”加入到当前项目中。

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作

单击Design|Boardlayers命令，弹出Boardlayers（板层）对话框，在Boardlayers对话框中设置单面板。单击确定按键。

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作

切换到Keep-Outlayer（禁止布线层），利用布线工具箱中的SetOrigin工具，使用相对原点定义座标的方法绘制边框作为PCB的边框（实际就是自定义PCB大小），结果如下图所示。

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作

单击Design|UpdatePCBDocument4-2heart16.PcbDoc命令，将原理图的内容传输到PCB上。

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作

在弹出的EngineeringChangeOrder（执行更改操作）对话框中，列出了所有即将执行的项目更改操作，单击ValidateChanges按钮，单击ExecuteChanges按钮执行操作。

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作

在PCB的边框右边，出现了从原理图中传输过来的元件及其连线关系，如下图（导入LED的PCB编辑窗口）所示。

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作完成人工布局，放置好的”心”形LED电路布局效果如下图所示。

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作

完成布线设置，最终设计完成好的”心”形LED电路效果如前面设计完成图所示。5.参考上述操作步骤，加之项目一的最小单片机应用系统电路基础上，增加K1、K2、K3、K4按键及ISP下载端口，最后完成LED彩灯电路单片机设计电路原理图，如下图所示。

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作“心”形LED彩灯电路单片机设计电路原理图“心”形LED彩灯电路单片机设计电路原理图

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作6.参考上述生成PCB设计操作步骤，最后完成LED彩灯电路单片机PCB布局设计，如下图所示。

任务三

实战“心”形LED电路板理实并进——

“心”形LED电路板的设计与制作快乐升级——手工制作“心”形LED电路板

准备好项目一最小单片机系统电路板，各种电子产品安装将要使用到的工具。我们在此前制作的基础上，焊接安装16个LED，设计8个P3口接插针端口，最终完成“心”形LED电路板的制作。1.摆放好“心”形LED的效果如下图所示。

任务三

实战“心”形LED电路板2.安装焊接结果如下图所示。快乐升级——手工制作“心”形LED电路板

任务三

实战“心”形LED电路板3.将16个LED（共8组）与8个限流电阻进行导线连接，将单片机P3口的8根引线与8颗插针按LED电路原理图连接控制顺序进行实际连接，注意导线成型工艺及焊接技术的要求，切记不可短路，焊接要实。完成电气连接效果如下图所示。快乐升级——手工制作“心”形LED电路板

任务三

实战“心”形LED电路板眼见为识——“心”动

1.下图是利用Proteus单片机仿真设计软件进行“心”形LED灯从左到右依次循环点亮--此刻为第七组LED13和LED14亮的运行效果图。

任务四“心”动程序编译与烧录

2.如下图所示，是利用Proteus单片机仿真设计软件进行“心”形LED灯不断闪亮“心”的运行效果图。眼见为识——“心”动

任务四“心”动程序编译与烧录3.第一组LED1和LED2亮的实物运行效果如下图所示。眼见为识——“心”动

任务四“心”动程序编译与烧录4.LED灯不断闪亮“心”的实物运行效果如下图所示。眼见为识——“心”动

任务四“心”动程序编译与烧录融会贯通——KeilC语言中的数组1.一维数组的定义2.一维数组的初始化

类型说明符

数组名[常量表达式]

类型说明符

数组名[常量表达式]={值，值……值}；

任务四“心”动程序编译与烧录理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载任务分析（设计要求）——LED彩灯从左到右依次循环点亮。第一步：建立单片机程序工程直接双击桌面上的KeiluVision3的图标以启动该软件。第二步：建立工程

任务四“心”动程序编译与烧录第三步：建立控制LED显示的C源程序文件理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录

输入编辑LED灯泡从左到右依次循环点亮KeilC语言源程序，文件清单如下：/*名称：红“心”从LED1闪亮到LED16循环显示效果说明：接在P3口的8组LED俩俩点亮成红“心”效果*/#include<reg52.h>//包含头文件#include<intrins.h>//指定头文件，因为使用了库函数_crol_#definetwo_ledP3//宏定义,将标识符P3定义成字符串two_led//延时函数voidDelaytime(){unsignedinti=0;

for(;i<32000;i++);}voidmain(){two_led=0xFE;//给P3口赋初值，点亮P3.0while(1)//无限循环

{Delaytime();P3=_crol_(two_led,1);//变量循环左移一位

}}理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录第四步：把“4-4heartL-R.c”程序文件添加至工程文件中

主要窗口如下：添加“4-4heartL-R.c”程序文件对话框添加文件成功理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录第五步：工程设置

主要窗口如下：Target下频率的配置窗口单击CreateHEX

File复选框对话框理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录第六步：编译连接1.单击

快捷按钮，或者F7，或者菜单Project－buildtarget，对工程项目进行编译。

编译成功OutputWindow窗口理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录第七步：程序调试

此处正确，操作略。第八步：确认保存

单击File｜Saveall菜单项，对整个工程项目再确定保存，养成

良好操作习惯。第九步：仿真烧录

打开任务二中的单片机系统电路原理图，这里单片机系统电路

原理图文件名：4-216ledheartL-R.dsn，整张电路原理图如下图所示。理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录打开4-216ledheartL-R.dsn文件窗口

加载程序及设置频率对话框理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录接下来，仿真电路运行，LED运行效果如前面图所示。单击按钮可停止仿真。第十步：仿真电路原理图保存单击文件｜保存设计菜单项，对仿真设计项目确定保存。第十一步：硬件烧录，主要步骤如下：1.下载插槽电路安装好(正/反面)理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录2.将准备好的下载数据线（其具体制作详见项目六）插在手工焊接的单片机电路板上，另一头与电脑并口相连，接通DC9V电源，如右图所示。理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录3.双击桌面Ispdown

图标，打开其软件，软件界面如下图所示。理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录4.单击

Flash“装载”按钮，在打开对话框中，点击“查找范围”，找到自己目标文件夹中的“4-4heartL-R.hex”文件，单击打开按键。打开指定文件信息成功窗口，如下图所示。理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录5.单击

“自动编程”按钮，文件烧录到芯片中。此时，可以看到连接PC单片机电路板运行效果如下图所示。理实并进——程序编译→仿真烧录、硬件烧录→完成下载

任务四“心”动程序编译与烧录快乐升级——LED彩灯电路的多样设计

通过以上从程序编译到仿真烧录、硬件烧录再到完成下载的过程，理论与实践一体化，在实践中学习，在操作中提高技能水平。下面继续LED彩灯电路的多样设计。练习一（程序详见教材）/*名称：红“心”同时闪亮说明：接在P3口的16个LED同时闪烁显示红“心”效果*/练习二（程序详见教材）/*名称：红“心”闪动说明：接在P3口的16个LED从左到右,再从右到左循环点亮，产生回马灯效果*/练习三（程序详见教材）/*名称：花样流水灯。说明：16只LED彩灯分两组。按预设的多种花样变换显示*/

任务四“心”动程序编译与烧录眼见为识——按键控制LED

按K2/K4键控制单片机系统电路板LED交叉点亮灯泡、蔓延点亮LED灯泡效果，程序的运行结果如下两个PCB标准电路板运行效果所示。

任务五霓虹灯设计与仿真

手工完成按键控制单片机系统电路板效果如下图所示（正/反面）。眼见为识——按键控制LED

任务五霓虹灯设计与仿真带按键的仿真单片机系统电路原理图如下图所示。眼见为识——按键控制LED

任务五霓虹灯设计与仿真融会贯通——按键去抖动

按键是单片机应用系统最常用的输入设备之一，操控人员可以通过按键向单片机系统输入程序指令、数据等内容，实现简单的人机通信控制。键盘是一组按键的集合，按键是一种常开型按钮开关，平时（常态）键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合（短路）。各种常见机械触点按键如下图所示。

任务五霓虹灯设计与仿真

为保证按键识别的准确，必须进行去抖动处理，去抖动有硬件和软件两种方法。

软件方法有很多种，本例中主要是利用主程序的循环扫描，主程序循环一次，扫描一次按键，当连续M次扫描到的键值都一样时，则说明是稳定的按键值。融会贯通——按键去抖动

任务五霓虹灯设计与仿真理实并进——霓虹灯效果设计

设计要求：依据仿真电路原理图/*说明：手工单片机系统电路板接在P3口的8组LED"心"一直亮着。⑴按K1键控制LED灯泡来回逐位熄灭一次效果。说明：手工电路板是LED俩俩来回熄灭一次。⑵按K2键控制LED灯泡（P3.0――P3.7位）交叉点亮４次。⑶按K3键控制LED灯泡从中间向两头逐位点亮，再从两头逐位向中间逐位移动点亮一次。⑷按K4键控制LED灯泡全灭2秒左右，然后来回蔓延点亮LED形成一次流水灯效果*/设计步骤：与任务四中步骤相类似，这里从简叙述。

任务五霓虹灯设计与仿真

仿真电路运行效果如下图所示。LED初始运行状态效果图按K2键LED俩俩交叉点亮运行效果图理实并进——霓虹灯效果设计

任务五霓虹灯设计与仿真

Protel

按键部分电路设计原理图效果如下图所示。理实并进——霓虹灯效果设计

任务五霓虹灯设计与仿真快乐升级——按键去抖动应用

仿真设计完成8个LED电路原理图（PCB电路板），运行程序，按K1键，松开后即可看到LED初始状态由P3.7～P3.0流动起来（从下到上）；按K2键，可以改变LED流动方向，即P3.0～P3.7（从上到下）；按K3键，又可复原流动方向；按K4键，可使LED流动停止，所有LED“熄灭”。在实际应用中，为防止意外瞬间触碰按键，故在这个程序中按键函数的调用操作进行了去抖动处理。

任务五霓虹灯设计与仿真建立工程及源程序编译通过显示窗口快乐升级——按键去抖动应用

任务五霓虹灯设计与仿真

这里按Protel设计的标准PCB板的8个LED实物效果图，建立仿真电路原理图D1～D8及导线、标号、电源设计，如下图所示。相关参数设置同前。快乐升级——按键去抖动应用

任务五霓虹灯设计与仿真运行仿真电路，如下图所示。程序见教材或配套教辅材料。快乐升级——按键去抖动应用

任务五霓虹灯设计与仿真课外阅读----ProteusVSM与μVision3的联调

设置ProteusVSM与μVision3的联调，即将仿真电路图文件*.DSN和µVision3项目文件*.Uv2编译的Hex文件联调，需在电脑上安装以下工具软件：1.Proteus7Professional7.1SP2及以上版本。2.KeilC7.50、uVision33.05c版（或更高版本）3.Proteus和KeilC联调插件：vdmagdi.exe

任务五霓虹灯设计与仿真眼见为识——交通信号灯运行效果1.利用时间延时函数（不带中断系统）自动定时闪亮交通信号灯，仿真运行效果如下图所示。

任务六LED交通信号灯设计与仿真2.按SB1键--南北通车键，由P3.2端口（外部中断0）控制交通LED灯南北绿灯亮，东西红灯亮。原理图如下图所示。眼见为识——交通信号灯运行效果

任务六LED交通信号灯设计与仿真3.实际使用LED发光二极管进行交通信号灯。LED发光二极管采用共阳极连接设计，仿真运行效果如下图所示。眼见为识——交通信号灯运行效果

任务六LED交通信号灯设计与仿真4.利用单片机标准PCB板的单片机芯片P1端口扩展针脚，导线连接手工LED交通信号灯电路板插针，注意VCC电源连接（单线鳄鱼夹），电路板之间的连接及程序运行效果如下图所示。眼见为识——交通信号灯运行效果

任务六LED交通信号灯设计与仿真融汇贯通——“中断”一、生活实际中的中断

通常，任何一件突发的事件都会中断你正在做事的进程而去响应处理突发事件。比如，你正在专心看书，突然电话铃响了，于是你记下正在看的书的页码，去接电话，接完电话后再回来接着看书。

再如，你正在看电视，邮递员上门送货，于是你去开门签收邮包，签收完邮包，你回去接着看电视。

任务六LED交通信号灯设计与仿真二、中断的概念

CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B，请求CPU迅速去处理（中断发生）；CPU暂时中断当前的工作，转去处理事件B（中断响应和中断服务）；待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过程称为中断。

引起CPU中断的根源，称为中断源。

中断技术的优点：分时操作；实时处理；故障处理。融汇贯通——“中断”

任务六LED交通信号灯设计与仿真三、中断系统结构图

AT89S52的中断系统有8个中断源，6个中断矢量，两级中断优先级，可实现二级中断嵌套。融汇贯通——“中断”

任务六LED交通信号灯设计与仿真四、中断请求标志

各中断源请求的中断其标志分别由特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。下表中各位详细说明，见教材。TCON控制寄存器各控制位融汇贯通——“中断”

任务六LED交通信号灯设计与仿真五、中断控制

AT89S52的中断是可编程的，即可以通过软件实现对中断系统功能进行设置与控制。