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1、电气及自动化课程设计报告题 目： 基于单片机的跑马灯课程设计 课 程： 单片机原理及其应用 学生姓名： 刘昊杰 学生学号： 1414050319 年 级： 2014级 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 3班 指导教师： 缪玉桂 机械与电气工程学院制2016年11月目 录1 设计的任务与要求1 1.1 课程设计的任务1 1.2 课程设计的要求12 芯片分析和设计概述2 2.1 AT89C51芯片分析23 设计概述54 硬件电路设计65 程序部分设计76 实验总结 127 参考文献12基于单片机的跑马灯课程设计学生：刘昊杰 指导教师：缪玉桂机械与电气工程学院 电气工程及其自动化专业1 设计的
2、任务与要求 1.1 课程设计的任务（1）掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。（2）通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。（3）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。（4）与模拟电子技术，数字电子技术等课程相结合，进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理，为以后所学的后续课程打下良好的基础。（5）通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。 1.2 课程设计的要求该设计使用AT89C51芯片作为控制芯片，利用P1口连接8个发光二极管，通过I/O的值控制“跑马灯”的亮灭,以
3、达到显示效果。开始时所有灯全亮，按下按键S时开始跑马灯，再按下按键S时停止，再按下S时继续，并要求有多种亮暗组合。2 芯片分析和设计概述 2.1 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： 图2.1 AT89C51引脚图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
4、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
5、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
6、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 ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPH 00H TH0 00H DPL 00H TL0 00H IP xxx00000B TH1 00H IE 0x000x00B TL1 00H SCON xxxxxxxx
7、B SBUF 00H P0-P3 1111111B PCON 0xxxxxxxB 8051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，
8、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
9、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
10、。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。3 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。系统框图如下图3.1 系统框图 4 硬件电路设计本设计使用89C2051芯片作为控制芯片，利用P1口连接8个发光二极管，通过P3接口连接按键S作控制开关的输入，控制开关连接INTO中断，通关按键触发中断响应控制
11、“跑马灯”的亮灭，以达到显示效果。开始时所有灯全亮，按下按键S时开始跑马灯，再按下按键S时停止，再按下S时继续，并设计多种亮暗组合。硬件电路连接图如下：图4.1 硬件电路连接图 5 程序部分设计程序设计思路：开始时跑马灯全亮，接着读取按键状态，当按键没有闭合时，一直在此查询按键状态；当有按键真正闭合后，开始读程序存储器，调出I/O值送给P1口，实习一次LED状态改变。然后再检查按键状态，若无闭合，继续读程序存储器；否则，在此循环，直到按键再次按下才读程序存储器。主程序的流程图如下：图5.1 主程序流程图主程序源代码如下： S EQU P3.2 ORG 0000H LJMP START ORG
12、0030H START:MOV P1,#00H ;初始化P1口，LED全亮 CLR 00H ;清标志位00H X2:JB S,X1 LCALL DEL10 ;延时10MS的消抖 X1:JB S,X2 JNB S,$ ;等待按键松开 MOV A,#00H LOOP:JB 00H,X3 ;判断00H位 MOV R2,A MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR INC R2 MOV P1,A LCALL DELAY ;延时125MS MOV A,R2 CJNE R2,#85,X3 ;判断读程存是否为最后一列 MOV P1,#00H ;初始化P1口 MOV A,#00H X3:JB S,LOOP ;查询按键状态 LCALL DEL10 JB S,X3 JNB S,$ CPL 00H LJMP LOOP;*; 延时125ms;* DELAY:MOV R5,#5 DL:MOV R4,#50 DL2:MOV R3,#250 DL1:DJNZ R3,DL1 DJNZ R4,DL2 DJNZ R5,DL NOP RET;*; 延时10ms;* DEL10:MOV 7FH,#42 D
