基于51单片机花样流水灯设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1设计思路......................................................1

2系统方案及处理器的选择........................................1

3硬件设计......................................................1

4软件设计......................................................2

5系统组装与调试.................................................3

5.1电路的组装.................................................3

5.2系统调试...................................................4

5.2.1系统软件的调试.........................................4

5.2.2系统硬件的调试........................................5

设计小结.........................................................6

参考文献.........................................................6

附录1源程序........................................................................................................6

附录2实物图......................................................................................................11

附录3元器件清单..............................................................................................13

附录4运行效果图..............................................................................................14

附录5原理图......................................................................................................15

附录6PCB图......................................................................................................15

附录7安装图......................................................................................................16

附录8仿真图......................................................................................................16

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基于51单片机花样流水灯设计与制作

1设计思路

建立基于单片机的花样流水灯控制器,用它来控制8个发光二极管发光,实

现亮点的循环移动。通过软件编程实现各种各样的亮点平面循环移动。该彩灯

控制器能够实现闪烁模式。通过按键可选择闪烁模式并由数码管显示出是第几

种模式。本设计要求实现单片机控制流水灯显示其流水效果,软件实现思路为当

有外部中断0时，才开始扫描K1~K4四个按键的状态，一旦进入某个按键的亮

灯模式，执行死循环。直到下一个外部中断到来。

本系统设计采用发光二极管实现点亮功能，按键实现各种不同的点亮模式；

有四种不同的流水灯点亮模式：程序的设计用C语言；用仿真软件Proteus进

行仿真调试。

对于此设计，是比较基础的一个产品。它可以使我们充分体会单片机的输

入输出管脚的使用方法，加深对它的认识起到了决定性的作用。同时通过本产

品进一步对于单片机编程有一个更深入的认识，懂得什么是硬件控制，什么是

软件控制，为就业打下坚实的基础。

2系统方案及处理器的选择

本系统主要由处理器模块、显示模块、电源模块及复位电路组成，下面分

别论证这几个模块的选择。

方案一：采取89C51单片机作为处理器，I/O口配置较为方便，芯片价格便

宜，但是运行速度慢，内部资源少，功耗高，性能达到此项目要求。

方案二：采取FPGA作为处理器，运行速度快，组合逻辑能力较强，时序实

现能力强，但是控制和运算能力较弱，价格高，控制和运算能力比较弱。

方案三：采取使用Atmega16单片机作为处理器，内带模拟比较器,I/O口可

作A/D转换用,内部资源丰富，运行速度较快，对于Atmega16的使用较熟悉，

基本功能实现比较容易。对于此项目性价太高。

综合以上三种方案，选择方案一。

3硬件设计

本电路是利用单片机的中断定时来实现LED灯的闪烁。控制器STC89C52与

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我们所学的ATML的单片机AT89C52的内部结构和资源是一样的，内部有8位的

CPU处理器包含（运算部件和控制部件），片内有256B的数据存储器和8KB的程

序存储器，3个定时器/计数器；六个中断源（两个外部中断源INTO和INT1，

两个定时/计数器T0和T1，一个串行口中断）。四个输出口P0口、P1口、P2口、

P3口，LED的八个灯的控制口由P1口来控制，加按键为P20，减按键为P21，

而采用P3口第二功能且可以在线下载程序，硬件复位端9脚在高电平是单片机

复位。由于本次设计未用到其他内部资源所以就不过多的去分析。

此流水灯的硬件电路由三部分组成：单片机模块：单片机AT89C51；输出模

块：8个发光二极管组成的负载电路；输入模块：按钮组成的电路。共用到的元

器件见附录3，原理图如下图1：

图1原理图

4软件设计

此设计主要是采用单片机的延时来完成的，应为设计要求8LED灯循环点

亮，默认的速度是300mS，可通过按键来控制跑动的速度。P20为加按键，P21

为减按键，可以调节速度为0到1000mS。具体软件流程图如图2，程序清单见

附录1。

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开始

系统初始化

P1左循环1位

延时时间

是否循Y

环8次

是否有按键按下

改变时间

结束

图2程序流程图

5系统组装与调试

5.1电路的组装

手工焊接是组装电子产品的时候所必须具备的基本技能，虽然现在大量工

厂焊接基本都采用自动焊接、自动插装元器件的生产工艺，但是普通的产品制

作、测试和修理电子设备不适用于自动焊接，而适用于手工焊接。而且如果焊

接不仔细，那么你的元器件和芯片将无法进行正常使用，而且如果出现元器件

焊接错误，严重的话会导致你的电路板烧坏。所以手工焊接非常适合这个产品

设计。手工焊接的步骤分为四步：

第一步焊接的准备和开始：

首先把焊接环境打扫干净并保持干燥，主要就是铁屑、灰尘、水滴等一切

会影响电路板和器件的东西,并且需要将烙铁头部清洗干净让它可以吃锡，然后

就是安装元器件（注意先把容易安装焊接的先焊，焊接一个安装一个，不推荐

3

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一次安装多个元器件。），这样会影响焊接速度和外观，比如你先焊接高度比较

高的元器件，那么高度低的就比较难焊，随后将元器件的两个角然后以一个直

角断开。然后将焊锡螺栓固定在待加载元件的底部，并将导线放直。请记住，

铁头不得接触设备的引脚，这样会容易导致与其它器件管脚相连）。

第二步给焊接升温：

第一步完成后，对焊锡丝进行加热，首先对电烙铁加热到合适的温度（最

好400℃），然后将加热好的烙铁放在元器件的管教旁，然后缓慢的将焊锡丝融

化，当焊点圆润后移开烙铁，方向角度大致为45度，这个过程最好控制在2秒，

避免将电路板上的面包板损坏脱落。不同的元器件作具体的区别，当元器件出

现焊错、或者其他问题要对其进行拆卸时，焊接点也必须先填充焊接线加热，

使焊接点变圆，然后用焊接螺栓加热焊接点（这里推荐叫上朋友或者指导老师

一起进行操作），然后在焊锡丝在融化的时候将元器件拆卸下来，这里也要注意

加热时间，避免损坏焊盘。

第三部清理焊接面：

在第二步中，有时会观察到错误或假钎杆，此时应当及时的更正焊接点。

有两个重要的情况，第一个是焊料不够，点不够圆，然后需要重新填充（确保

焊料不再脱落，防止与其他元件连接）。第二是焊料过剩。此时，可将焊接螺栓

轻轻移动到焊接处，以取出多余的焊料，如果还是不能成功的话，就需要采用

专门的设备来将里面多余的焊接材料吸附出来。

第四部检查焊点：

以上三步都完成后，然后对焊好的电路板进行观察，看焊点是否圆润、牢

固。

5.2系统调试

整个系统调试时，先检查系统的焊接功能是否存在着隐藏的问题，如明显

断线、电源正负接等，然后用万用表测试印刷电路板是否短路。最后，确保焊

接是可以正常进行的。

把调试平台搭建成功后，首先对软件程序进行调试，如果调试没有问题，

则对功能进行验证，假如功能有问题，则继续调试程序，直到所有功能都能展

示为止。

5.2.1系统软件的调试

软件调试步骤如下：

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首先，用keil4软件制作项目。单击菜单栏中的“工程”，输入新的工程名

称并保存。选择组件“”目录下的“”。

新用户源文件：将程序的源代码写入新的空文本中，编码完成存储文件和

文件扩展名的设计与制作基于51单片机的便携式红外分级报警器。创建新文件

已完成。

程序编译设置：单击compile，系统编译文件。在输出窗口中可以看到提示

信息。如果提示中有不正确的信息，在被说没有错误之前，必须找错误进行订

正，就像下面的图3所显示的那样。

图3提示信息无错误

如果程序编译正确，使用PL2303串行端口fire程序检查系统功能是否符合

要求。如果功能有问题，那么我们应该继续一次又一次地调试程序，直到完成

所有功能。

5.2.2系统硬件的调试

最后一步是单片硬件测试。玻璃板的单片调试使用万用表、直流电源或示

波器进行。特别是，检查组件是否工作良好。该设备分为动态在线和静态在线

两部分。

（1）静态运行模式，其中静态运行模式分为以下四大类：

从视觉上讲。第一步是检查焊点是否满，装置的零件或笔是否装好，以防

短路。

万用表调试。首先检查馈线是否短路，针脚是否连接良好，接线是否无故

障。

插电检查。以上两步均没问题，就可以通电了，然后观察每个器件是否正

常运行。然后在对功能进行检测。

广泛的检查测试。此测试方法仅适用于用微控制器开发板开发的系统。

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（2）动态调试：

动态调试主要指的是在静态调试之外，必须保证没有问题。最后一步是检

查各设备是否正常工作，是否符合系统开发的功能，防止机器内部损伤及对系

统性能的影响。

设计小结

在设计此电路时主要遇到的是程序的问题，先确定的是硬件通过查资料，

绘制了电路原理图，然后就是软件而在编程的时候很困难而且对单片机了解不

是很精，通过查书和请教老师，慢慢的摸索相互合作最终还是把程序编译出来，

然后就是电路的焊接而焊接是最重要的，而且也相对困难因为是用通用板线路

都是用导线相互连接的布局就困难了，也加大了线路的焊接质量，如果那儿没

有焊好就对后面的调试很有影响。最后就是调试了，因为电路有软件和硬件使

得在调试时排除错误很麻烦不低于前期的设计和编程。总之需要理能加实践才

能完成。

参考文献

[1]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].

北京理工大学出版社.2007.

[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京：北京航天航空大学出

版社.2006.

[3]童诗白、华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版设，

2004.10.

附录1源程序

/****************************************************************

功能：流水灯，往左循环

****************************************************************

6

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**/

#include<reg52.h>

#include<intrins.h>

typedefunsignedcharuchar;//声明定义unsignedchar的别名

typedefunsignedintuint;//声明定义unsignedint的别名

sbitLED1=P1^0;//第一个灯

sbitLED2=P1^1;

sbitLED3=P1^2;

sbitLED4=P1^3;

sbitLED5=P1^4;

sbitLED6=P1^5;

sbitLED7=P1^5;

sbitLED8=P1^5;//第八个灯

sbitKEY2=P2^0;//加按键

sbitKEY1=P2^1;//减按键

inttime=300;//默认跑马灯速度

voidKey_Click();//函数声明

/*******************************************

函数名称：delayMs

功能：延时约N个1ms的时间

参数：无

返回值：无

*******************************************/

voiddelayMs(intms)

{

while(ms--)

7

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{

uchari;

for(i=0;i<60;i++)

{

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

Key_Click();

}

}

}

/*******************************************

函数名称：Delay5ms

功能：延时约5个1ms的时间

参数：无

返回值：无

*******************************************/

voiddelay5Ms(intms)

{

while(ms--)

{

uchari;

for(i=0;i<250;i++)

{

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

}

}

}

/*******************************************

8

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函数名称：LED_Run

功能：led驱动程序

参数：无

返回值：无

*******************************************/

voidLED_Run()

{

inti;

P1=0xfe;

delayMs(time);

for(i=0;i<8;i++)

{

P1=P1<<1|1;

delayMs(time);

}

}

/*******************************************

函数名称：Key_Click

功能：按键扫描程序

参数：无

返回值：无

*******************************************/

voidKey_Click()

{

if(KEY1==0)//检测按键是否按下

{

delay5Ms(5);//延时5毫秒

if(KEY1==0)//再次检测按键是否真的按下

{

while(!KEY1);//等待按键松开

if(time>500)

{

9

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time=time+100;//跑马灯速度调节

}

elseif(time<100)

{

time=time+20;//跑马灯速度调节

}

else

{

time=time+50;//跑马灯速度调节

}

time=time+50;//跑马灯速度调节

if(time>1000)

{

time=0;

}

}

}

if(KEY2==0)//检测按键是否按下

{

delay5Ms(5);//延时5毫秒

if(KEY2==0)//再次检测按键是否真的按下

{

while(!KEY2);//等待按键松开

if(time>500)

{

time=time-100;//跑马灯速度调节

}

elseif(time<100)

{

time=time-20;//跑马灯速度调节

}

else

{

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time=time-50;//跑马灯速度调节

}

if(time<0)

{

time=1000;

}

}

}

}

/*******************************************

函数名称：main

功能：主函数

参数：无

返回值：无

*******************************************/

voidmain()

{

while(1)

{

Key_Click();

LED_Run();

}

}

附录2实物图

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附录3元器件清单

元件清单

序号名称规格标号数量

1轻触开关插件S1,S2,S330.12

212MHZ晶振插件Y110.25

310uf电容插件电解电容C110.03

427pf电容插件瓷片电容C2、C320.01

510k电阻1/4W插件电阻R1410.01

61k电阻1/4W插件电阻R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R880.1

75mmLED5mm插件ledLED1,LED2,LED3,LED4,LED5,80.5

LED6,LED7,LED8

8SCT89C52插件DIP40U112.8

9万用板7*9万用板10.8

10电源插座3.5-1.3MM电源座P110.1

11开关自锁开关Sw110.1

1240P底座