基于单片机的流水灯系统设计与实现

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1、摘摘 要要本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。本系统就是充分利用了 G2452 芯片的 I/O 引脚。系统以采用 MSP430 系列单片机 G2452 为中心器件来设计花样 LED 流水灯系统，通过按键实现 8 个 LED 灯不同花样式的闪烁。关键词：关键词： 流水灯；单片机；按键；闪烁目录目录1 项目要求 3 2 项目分析和系统设计.3 3 硬件设计 3 3.1单 片 机 选 型 模 块3 3.2L E D流 水 灯 模 块3 3.3功 能 模 式 选 择 模 块34 软件设计 3 4.1主 程 序3 4.2子 程 序35

2、系统调试 3 5.1硬 件 调 试3 5.2程 序 调 试3 5.3联 合 调 试36 外延3 7 项目演练 3 8 项目总结 3 附录 1 电路设计原理图（参考）.3 附录 2 PCB 设计原理图（参考） 3 附录 3 关键程序（参考）3基于单片机的流水灯系统设计与实现基于单片机的流水灯系统设计与实现1 项目要求项目要求本 项目花样流水灯采用 MSP430 单片机为控制器件，用于各方面的装饰，此花样流 水灯有 8 个 LED 灯，六种花样灯光效果。 （ 1）初始化后，执行 8 个 LED 灯从右至左逐次点亮，每隔 0.2s 亮一个 LED 灯， 直到 8 个 LED 灯全亮，再从左至右依次熄

3、灭直到全灭，以此循环； （ 2）当按下按键后，执行 8 个 LED 灯从右至左每隔 0.2s 逐一亮灭，直到点亮最 左边一个灯后再从左至右每隔 0.2s 逐一亮灭，以此循环；2 项目分析和系统设计项目分析和系统设计本 系统分为硬件和软件模块。硬件上我们打算在单片机的不同的 i/o 中装上一个 流水灯来进行对流水灯进行控制。 在 程序方面，首先对 msp430 的 i/o 口进行的定义和设置，然后在去定义了一个 delay 进行延时功能，在用一个 switch 循环来使得流水灯不断的循环亮灭。 花 样流水灯采用 MSP430 单片机为控制器件，用于各方面的装饰，此花样流水灯有 8 个 LED 灯

4、，两种花样灯光效果。3 硬件设计硬件设计本 系统采用 MSP430 单片机为控制核心进行设计，该流水灯系统共可分为两个模块： 单片机选型模块和 LED 流水灯模块。Power MCU MSP430G2553 LED 花花样样流流水水灯灯 图图 1 系统框图系统框图3.1 单片机选型模块单片机选型模块M SP430 单片机是 16 位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，只有简洁的 27 条内核指令，大量的指令则是模拟指令；众多的寄存器以及片内数据存储器 都可参加多种运算。这些内核指令均为单周期指令，功能强，运行的速度快。图图 2 2 单片机选型模块单片机选型模块3.2 LED 流水灯模块

5、流水灯模块要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管 LED1LED8 依次点亮、熄灭，8 只 LED 灯便会一亮一暗的做流水灯了。在此我们还应注意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“流水”效果了。且每一个 LED 灯于一个电阻串联。电阻的作用就是对通过 LED 灯的电流进行一定的限制起到去LED 灯进行的保护作用。使得其在高电压的时候使得 LED 在电阻的保护下不会烧坏。此图为共阴极接法，因此当 LED_RED 给高电平“1”时 LED_RED 亮；当LED_RED 给低电平“0”时，LED_RED 灭。图图

6、 3 3 LEDLED 流水灯模块图流水灯模块图如图 3 可知此原理图的 LED 灯为共阴极的接法，因此我们只要给它一个高电平就能点亮此 LED 灯。3.3 功能模式选择模块功能模式选择模块此 设计有 6 种功能模式可以选择： （ 1）初始化后，执行 8 个 LED 灯从右至左逐次点亮，每隔 0.2s 亮一个 LED 灯， 直到 8 个 LED 灯全亮，再从左至右依次熄灭直到全灭，以此循环； （ 2）当按下按键后，执行 8 个 LED 灯从右至左每隔 0.2s 逐一亮灭，直到点亮最 左边一个灯后再从左至右每隔 0.2s 逐一亮灭，以此循环；功 能（1）： 功能（2）： 图图4 4 流水灯的功能

7、示意图流水灯的功能示意图4 软件设计软件设计4.1 主程序主程序本 系统整体工作主要由单片机程序控制实现，其工作过程为：对端口进行初始化， 在主程序中用不同的端口定义分别来点亮流水灯。再用 switch 语句来对不同的 LED 灯进行不同类型的流水灯效果。在用延时程序来实现每一个 LED 的亮灭。 程 序整体框架如下图 5 所示。开始开始开开始始 返返回回 端端口口初初始始化化 主主程程序序 点点亮亮 LED 延延时时程程序序 图图5 5 程序流程图程序流程图4.2 子程序子程序一 个完整的程序是由一个主程序和若干个子程序组成。在一个加工程序中，如果 其中有些加工内容完全相同或相似，为了简化程

8、序，可以把这些重复的程序段 单独列出，并按一定的格式编写成子程序。主程序在执行过程中如果需要某一 子程序，通过调用指令来调用该子程序，子程序执行完后又返回到主程序，继 续执行后面的程序段。 本 系统中所使用的子程序都是比较简单的，用 for 语句实现循环之后再使用延时 函数进行延时。 子 函数的功能流程图如下：功能 1 流程图： 功能 2 流程图： 使 LED 灯右移一 位熄灭最右边 LED 灯 是否熄灭使被点亮的 LED 灯右移一位延时延时图图6 6 功能程序流程框架图功能程序流程框架图5 系统调试系统调试本 单片机的流水灯系统的设计分为硬件电路设计和软件设计两个部分，因此调试 也分成两部分

9、进行调试。5.1 硬件调试硬件调试主 要根据系统框图和硬件原理设计进行原理的绘制、各参数的设置、电路板的制 作，以及元器件的焊接等。具体如下： 5.1.15.1.1 各单元电路，确认各单元电路链接无误，尤其是关键元器件，一定要接保护电阻。各单元电路，确认各单元电路链接无误，尤其是关键元器件，一定要接保护电阻。 （ 1）选择合适规格的元器件，在放置期间前一定要检查规格；使 LED 灯左移一 位点亮8 个 LED 灯是 否全灭延时使被点亮的 LED 灯左移一位8 个 LED 灯是 否全亮延时最左边 LED 灯 是否点亮亮（ 2）关键器件放置：在器件布置方面与其它逻辑电路一样，应把相互有关的器件 尽

10、量放靠近些，这样可以减少材料，更加美观。 5.1.25.1.2 PCBPCB 设计原则：设计原则： 在 进行 PCB 设计时，必须遵守 PCB 设计的一般原则，并应符合要实现的效果设计 的要求。 （ 1）尽量采用印制电路板，印制电路板不像万用板一样会有一定的接触不好或者 焊盘不稳和线路连接有问题的情况，印制电路板的制作可防止产生地电位差和 元件之间的耦合。 （ 2）元件面和焊接面应采用相互垂直、斜交、或者弯曲走线，避免相互平 导线 尽量短，使用 45或者圆弧折线布线，不要使用 90折线，以减小高频信号的 发射。5.2 程序调试程序调试在 本系统中，主要分为主程序部分、中断程序、子程序等。在调试

11、过程中，按照 程序功能一项项进行调试，首先确认主程序正确，在确认其他程序。调试方法 主要跟踪调试、断点调试等等，可以参考相关专业书籍。5.15.1 .1.1 CCSV5CCSV5 的打开步骤的打开步骤 （1）右 键 Code Composer Studio v5 快捷方式，左键打开。会出现如图 6 所示界面：图图6 6 CodeCode ComposerComposer StudioStudio v5v5 软件加载界面软件加载界面（2）加载完毕之后会有如图 7 所示界面出现：图图 7 7 CodeCode ComposerComposer StudioStudio v5v5 软件打开界面软件打

12、开界面（3）选择 Project-Import Existing CCS Eclipse Project，导入程序文件夹中的工程；具体操作如图 8：图图 8 8 CodeCode ComposerComposer StudioStudio v5v5 程序导入步骤图程序导入步骤图5.3 联合调试联合调试整 个系统的软硬件都完成后，需要进行联合调试，主要是针对系统设定的功能能 否完成和完善进行调试。 调试步骤：(1) 将 PC 和硬件电路通过 USB 线相连；(2) 选择对该工程进行编译链接，生成.out 文件。然后选择，将程序下载到实验板中。程序下载完毕之后，可以选择 全速运行程序，也可以选择单

13、步调试程序，选择 F3 查看具体函数。也可以程序下载之后，按下，软件界面恢复到原编辑程序的画面。再按下实验板的复位键， 运行程序。 （调试方式下的全速运行和直接上电运行程序在时序有少许差别，建 议上电运行程序）图图9 9 联合调试效果图联合调试效果图6 外延外延花 样流水灯的流水方式各式各样，因此我们在以上功能基础上，还能将程序稍作 修改，使之有如下花样流水效果。 （ 1）在以上功能下，当再次按下此按键后，执行 8 个 LED 灯从中间 2 个开始每隔 0.2向左右两边依次点亮，直到 8 个 LED 灯全亮，再由两边开始灭，直到全灭 以此循环； （ 2）第三次按下此按键之后，执行与上次相反的效果，以此循环； （ 3）第四次按下此按键之后，8 个 LED 灯同时闪烁，时间间隔为 0.1s； （ 4）第五次按下按键之后，依次执行前面五个程序的效果，以此循环。 以 上花样流水灯的流水功能如图 10，功能（4）是前面几种功能集中的效果。功 能（1）： 开始功 能（2）： 功 能（3）： 图图1010 流水灯的功能示意图流水灯的功能示意图功能 1 流程图： 功能 2 流程图：开始个 LED 灯是 否全灭LED4 左移 i 位 LED3 右移 i 位LED4 左移 i 位 LED3 右移 i 位延时延时8 个 LED 灯是 否全亮延时功能 3 流程图：开