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1、（2013 届）届） 本科毕业设计（论文）资料本科毕业设计（论文）资料 题 目 名 称：基于 NIOS技术的流水灯 LED 显 示系统设计 学 院（部）： 理学院 专 业： 电子信息科学与技术 学 生 姓 名： 班 级：电科 092 学号 09411400232 指导教师姓名： 职称 讲师 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处湖南工业大学教务处 2013 届届 本科毕业设计（论文）资料本科毕业设计（论文）资料 第一部分 毕业论文 （2013 届）届） 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 学学 院（部）：院（部）： 理学院理学院 专专 业：业： 电子信息科学与技术电子信息科学与技术 学学 生
2、生 姓姓 名：名： 彭宇雷彭宇雷 班班 级：级：电科电科 092092 学号学号 0941140023209411400232 指导教师姓名：指导教师姓名： 肖利君肖利君 职称职称 讲师讲师 最终评定成绩最终评定成绩 2013 年 6 月 II 摘 要 随着社会的科学进步，电子信息技术的发展可以说是日新月异。电子产品不 断的向体积小， 高速，高集成度，低成本， 低功耗，多 功能的方向发展。对于 NIOS处理器， 用户可以根据他们的需求调节嵌入式系统的性能和成本，从而达 到快速推出产品、产品市场化、扩展产品生命周期的目的，从而跟上科技进步的脚 步。 本论文设计是基于 NIOS技术的流水灯 LED
3、 显示系统的设计与制作。本论文 中结合 EDA 技术，NIOS技术、C 语言、计算机技术 、PCB 制板等多种技术实现。 第一步通过 PCB 制板制作 8*8LED 流水灯以及在 SOPC Builder 建立系统要求模块 以完成硬件部分 。第二步 通过 Nios系统设置实现 8*8 点阵的音乐流水灯效果，使 其成功进行编译。使得 LED 流水灯按照指定的设置，随音乐音调高点闪烁变化。（选 定音乐天空之城） 关关键键词词： E ED DA A 技技术术 S SO OP PC C 技技术术 N NI IO OS S处处理理器器 嵌嵌入入式式技技术术 L LE ED D 显显示示 湖南工业大学本科
4、毕业设计（论文） III AbstractAbstract: : As the scientific progress of the society, The development of electronic information technology can be described as the ever-changing. Electronic products develop to small size, high speed, highly integrated, low-cost, low-power and multifunction direction. For NIOS
5、II processor, users can according to their needs of the embedded systems performance and cost, so as to achieve fast product, product marketing and the purpose of extending the product life cycle, then to keep up with the pace of progress in science and technology. In this paper, the design is based
6、 on the NIOS technology of water lights LEDs display system of designing and production. This paper combined with EDA technology, NIOS II technology, C language, computer technology, PCB board system and other technologies. The first step is through the PCB Board producing 8*8LED water light and the
7、 SOPC Builder establishment of system ,and then require modules complete the hardware part. The second step is through the setting of Nios IIs system to realize 8*8 music flowing light effect of the lattice so that it compiles successfully. What makes the LED water lights in accordance with the spec
8、ified settings, changing with the musical tones high flicker. (The selected music of Castle in the Sky) key words: EDA Technology SOPC technology NIOS II processor technology embedded LED display 湖南工业大学本科毕业设计（论文） IV 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 目 录III 第一章 绪论1 1.1 频率计设计背景 1 1.2 频率计设计意义 1 1.3 频率计设计目标 2 1.4 频
9、率计设计内容 2 1.5 小结 3 第二章 总体方案.4 2.1 方案设计 4 2.2 方案选择 5 2.3 小结 5 第三章 硬件电路设计.6 3.1 频率计工作原理 6 3.2 频率计设计思路 6 3.3 单片机概述 7 3.3.1 AT89C51 介绍 .7 3.3.2 AT89C51 分类 .9 3.3.3 AT89C51 测频应用中的管脚分配 .9 3.3.4 AT89C51 存储器 11 湖南工业大学本科毕业设计（论文） V 3.4 系统的硬件电路设计 .13 3.4.1 电源电路论证与比较14 3.4.2 直流稳压电源的设计15 3.4.3 复位电路15 3.4.4 时钟电路16
10、 3.4.5 放大整形电路17 3.4.6 分频电路18 3.4.7 显示电路21 3.5 小结 .22 第四章 数字频率计的软件设计23 4.1 整体程序设计 .23 4.2 定时/计数子程序 24 4.3 数据显示子程序 .24 4.4 转换量程子程序 .25 4.5 PROTUES和 KEIL的联调 .26 4.6 小结 .30 第五章 系统的仿真和调试.31 5.1 硬件仿真结果调试 .31 5.1.1 放大整形电路调试31 5.2 软件仿真结果调试 .32 5.2.1 频率计功能调试32 5.3 仿真结果分析 .34 5.4 小结 .34 结 论35 致 谢36 参考资料.37 湖南
11、工业大学本科毕业设计（论文） VI 附 录38 附录一 频率计源程序 38 附录二 硬件电路图 43 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 1 第一章 绪论 1.1 频率计设计背景 随着我们现代信息化以及电子科技的飞快发展，人们对电子产品的设计要求也相 应得到提高，电子科学技术现在正逐渐改善着人们的学习、生活、工作等等，频率计 作为我们广泛应用的电子测量的仪器，已经广泛被应用于航空航天技术、医疗仪器， 电子和测控、学校和家庭等不同的场合。数字频率计具有功耗低、体积小、性能高、 价格低、精度测量高、功能完善等诸多优点，因此在未来的时间里，必将有着更加广 阔的发展前景和巨大的应用价值，它以及逐渐成为我
12、们生活中的不可缺少的一部分。 因此我们开发本系统希望能够给人们带来一点生活上的乐趣。 在我们接触的频率计的领城中，从20世纪末数字化电子器件推出和逐步规范化以 后，社会上各种数字化的测量仪器已逐渐成为一种潮流。但是有一个缺点就是当前各 厂商的频率计产品通常都是使用自己设计的专用测量技术，并且软硬件方面都不对外 公开，这就阻碍了数字频率计的技术交流。本人在开发基于1秒钟对脉冲进行计数的工 作过程中，设计了用单片机内部2个16位的定时/计数功能来控制每秒钟脉冲所计的数 量也即信号的频率。通过加量程控制模块的相关功能制作数字频率计，制作出具有量 程控制及测量范围广的数字频率计。单片机把标准的时间信号
13、来控制脉冲的个数，因 此本设计具有测量精度高、稳定性强、显示数据准确等优点。 基于当前电子产品市场上的玩具市场需求量比较大，其中频率计在其中就是一个 很好的应用方面。单片机技术可以使我们可以利用软硬件实现频率计的功能，从而实 现频率计的微型化，其中可以用来作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。并且可以 进行一定的功能方面的扩展。鉴于传统频率计可以用键盘上的“k0”到“k16”键来读 出所测信号的频率可以用来测非常广泛的频率范围。到 80 世纪年代的频率计大多采用 TTL 或 CMOS 数字电路设计而成，其缺点是电路繁琐、功耗高、大体积、成本高。随着 大规模专用 IC（集成电路）出现，如 ICM7
14、216，ICM7226 频率计专用 IC，使得频率计 开发设计变得非常简单，但由于价格比较高，因此利用 IC 设计数字频率计的较少。现 在，单片机技术发展非常迅速，采用单片机来开发设计数字频率计，从而实现频率的 测量，不但测量准确，精度高，而且误差也很小。本设计将介绍一种简单、实用的基 于单片机 AT89C51 的数字频率计的设计和制作。 1.2 频率计设计意义 频率计是现代电子信息化与数字化相结合的产物，特别是单片机为核心来控制的 数字化的频率计，是一种新型的测量仪器，目前市场上各种品牌、型号的频率计数不 胜数，其中从几块的频率计到上百的用于学习、演奏、航空专用、医疗专用的频率计 湖南工业大
15、学本科毕业设计（论文） 2 真是应接不暇。单片机是在一块半导体芯片上集成了计算机的所有基本功能，其中包 括中央处理器（CPU） 、存储器（数据和程序） 、I/O、中断系统、定时器/计数器和串行 通信接口电路等等。单片机只需要与适当的软件及适当的外部设备相结合，就可以构 成一个完整的有效的计算机应用系统。单片微型计算机（Single Chip MicroComputer,SCMC）简称单片机1。 频率计的功能是能够测量各种混频和自动调节量程，这些是频率计最基本的特征。 档次的高低是由测量的精度是否高、稳定度是否强、模块化设计的是否丰富决定的。 或者增加了其他制作，测量其它电子器件的功能。本设计中的频率计具有两个基本功 能，一个是计数功能，另一个是显示功能。高稳定度的显示功能是频率计的优点，其 他的市场上的频率计都没有这个功能。频率计的优点分别有可以随意测量自己设制的 频率的范围、制作简单、成本低，具有数字化的功能等等。 1.3 频率计设计目标 本次设计目标主要包括:系统的稳定性、系统的准确性、系统的精度。能精确的显 示所给脉冲频率，达到测量频率的目的。在本次设计中，由于硬件电路的延迟时间， 误差是不可避免的，为了减少系统误差，利用单片机的内部定时、计数功能将系统
