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1、摘 要摘 要计算机技术的飞速发展和提高，把我们带入了崭新的时代，现在，计算机的应用已经深入到千家万户。单片微型计算机是制作在一块集成电路芯片上的计算机，简称单片机。单片机在现在社会有着广泛的应用，小到人们的日常电子用品，大到航天飞机、宇宙飞船，上面都有单片机的广泛应用。单片机具有体积小、功能强大、低功耗、应用广泛等特点。以AT公司的芯片 AT89C51 单片机来实现流水灯的设计。本系统由单片机控制，I/O口接LED的负极，而LED的正极则直接与5V电源相连。通过I/O口输出的低电平点亮LED灯。因此可以通过控制单片机的I/O口的电平高低以达到控制LED，从而实现不同花样的流水灯的目的。关键词：
2、LED，单片机，高低电平变化IABSTRACTThe rapid development of computer technology and improving, bring us to the new era, now, the application of computer has been deep into the thousands. Single chip microcomputer is made on an integrated circuit chip computer, hereinafter referred to as single chip microcompute
3、r. SCM has been widely used in the present society, small to Peoples Daily electronic products, big to aerospace aircraft, spacecraft, above has the wide application of single-chip microcomputer. SCM has small volume, powerful function, low power consumption, wide application, etc. AT the companys c
4、hip AT89C51 single-chip microcomputer to realize the water lamp design. This system controlled by single chip microcomputer, I/O ports connect the LED the cathode, and LED the anode is directly connected to 5V power supply. Through the I/O port output low level light leds. So you can single chip mic
5、rocomputer control through the I/O ports to control LED, the level of high and low so as to realize the purpose of the different pattern of flowing water light.Key words: LED , MCU ,High and Low output leve目录目 录第1章 引言11.1 研究背景及意义11.2 国内外研究现状以及本系统的重点问题11.3 本文章节安排2第2章 系统设计方案论证32.1 控制器模块方案论证32.2 键盘模块方案
6、42.3 电源模块方案4第3章 系统硬件设计方案53.1 系统设计框图53.2 硬件电路设计53.2.1 电源电路53.2.2 单片机89C52最小系统63.2.3 按键电路133.3.4 LED灯电路13第4章 程序设计及软件仿真154.1 软件设计框图154.2 软件开发平台选择154.3 软件系统功能模块164.3.1 初始化模块164.3.2 延时函数174.3.3 定时器控制模块174.3.4 键盘扫描模式174.3.5 LED灯输出控制模块184.4 程序调试仿真194.4.1 仿真平台介绍194.4.2 仿真测试19第5章 硬件调试215.1 硬件设计215.2 硬件调试215.
7、2.1 下载功能调试215.2.2 LED电路测试215.2.3 模式选择功能调试225.2.4 速度加减功能调试225.2.5 复位电路调试225.2.6 稳定性测试22总结23致谢25参考文献26附录27附录一：原理图27附录二：硬件实物28附录三：程序代码29第1章 引言第1章 引言1.1 研究背景及意义现如今，随着集成化芯片的飞速发展，分立元件或数字逻辑电路正逐步被集成电路所取代，而单片机作为一种集成电路，其价格低廉，且可靠性强、控制简单但控制方法多样。单片机在我们的日常生活和工作中无处不在、无处不有：家用电器中的电子表、洗衣机、电饭褒、豆浆机、电子秤；住宅小区的监控系统、电梯智能化控
8、制系统；汽车电子设备中的ABS、GPS、ESP、TPMS；医用设备中的呼吸机，各种分析仪，监护仪，病床呼叫系统；公交汽车、地铁站的IC卡读卡机、滚动显示车次和时间的LED点阵显示屏；电脑的外设，如键盘、鼠标、光驱、打印机、复印件、传真机、调制解调器；计算机网络的通讯设备；智能化仪表中的万用表，示波器，逻辑分析仪；工厂流水线的智能化管理系统，成套设备中关键工作点的分布式监控系统；导弹的导航装置，飞机上的各种仪表等等。有资料表明：2007年全球单片机的产值达到151亿美元，我国单片机的销售额达到400亿元人民币，我国每年单片机的需求量达50至60亿片，是全球单片机的最大市场。可以说单片机已经渗透到
9、了我们生活的各个领域。1.2 国内外研究现状以及本系统的重点问题单片机自从问世以来便得到了广泛的应用，单片机以其体积小、重量轻、功耗低、功能强、数据在芯片内部传输速度较快、可靠性高、程序运行速度快、抗干扰能力强等优势迅速得到了人们的青睐，被广泛应用于测控系统、数据采集、智能仪器仪表、机电一体化产品、智能接口电路、计算机通信和单片机多级系统等领域。而在流水灯的控制系统中，单片机更是取代了传统流水灯的分立元件设计，成为该系统的核心部件。传统设计的流水灯，电路复杂，且可靠性较差，并且花样单一；而单片机控制的流水灯，花样纷繁多样，且易于修改；硬件电路比分立元件的设计简单很多，成本也极为低廉。因此，单片
10、机控制的流水灯必将在流水灯领域掀起一场大革命。本文中所设计的系统为基于51单片机的花样流水灯控制系统。该系统由一块单片机通过C语言编程来实现控制功能。可靠且灵活性高、适用范围广、且变换的花样繁多，同时也适用于霓虹灯以及交通灯等领域。本文将详细介绍该对该系统的设计。1.3 本文章节安排第1章介绍了论文的研究背景及意义，对主要研究的技术指标和章节安排进行了说明。第2章对本系统的设计方案的各个设计模块进行比较论证，得到了适合本文的设计方案。第3章提出了系统设计框图以AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设控制流水灯的模式与流水灯的快慢。第4章根据设计方案，设计了软件设计框图，并对各个模块的主要算
11、法进行说明。第5章利用protues进行软硬件设计仿真，并进行实物制作，验证实物的性能指标。第6章对本文研究的内容和工作进行总结，查找不足并作出展望。39第2章 系统设计方案论证第2章 系统设计方案论证2.1 控制器模块方案论证方案一：使用FPGA，让第一个灯先亮，然后通过移位，依次点亮其他的灯，便形成了流水灯。初始状态时，所有灯都不亮，每来一个时钟脉冲CLK，计数器就加1.每当判断出计数器中的数值达到25000000时，就会点亮一个灯，并进行移位，FPGA输出的数据就应该先是10000000，隔一秒就编程110000000.一直变化到11111111，这样就依次点亮所有的灯，也就形成了流水灯
12、。而当当8个灯都被点亮时，需要一个操作使得所有的灯都恢复为初始状态，即：灯都不亮，然后再一次流水即可。如果是右移位，就会出现右流水现象。反之就是左流水。方案二：使用单片机，将LED的正极接电源，负极接单片机的I/O，然后当单片机的I/O口输出低电平时，即点亮LED灯，然后通过移位指令让其他LED依次点亮，即形成流水效果。若是左移指令，即为左流水；右移指令则为右流水。在数控方面，单片机会优于CPLD或FPGA器件，因为此处只是用于流水灯控制，不需要太高的速度以及精确度，且上述两种期间控制起来也比单片机麻烦，因此没有必要选用价格昂贵的CPLD和FPGA器件。而单片机则不同，因为单片机在技术领域已经
13、相当成熟，市面上流通有型号与品牌繁多的单片机，各种参考文献也非常多，且价格低廉，只需要几元人民币，因此用单片机控制会较为划算。其次，单片机的编程方式较为多样，可选用普及度很高的C语言或汇编语言进行编程，在这一点上也优于CPLD和FPGA器件。因此，最终决定采取单片机控制的方案。由于单片机的高电平的电位为大于2V，低电平电位为小于0.8V，而供电的电源为5V，且一般的LED的耐压为3-4V，因此，若直接将I/O口与LED相连，有可能会烧坏LED，因此需要串联分压电阻。阻值大约为220-300。考虑到PCB的布局布线，因此打算采用P0口和P2口来驱动LED灯。但因为P0口的驱动能力较弱，因此需要在
14、P0口外部提供的强上拉。因此采取接阻值为10k的排阻的方法来提供这个强上拉。2.2 键盘模块方案方案一：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的I/O口数目较多。方案二：采用标准44键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目。本系统只需要三个按键，分别为控制模式按键，流水灯变换速度加，流水灯变换速度减，因此本系统采用独立式按键即可满足系统要求，降低开发难度和硬件成本。2.3 电源模块方案由于系统的单片机和LED灯的电压都只需要5V，不需要多种电压
15、，因此直接采用市场上现有的220V转5V的电源，通过DC线连接系统的火牛头为系统供电。第3章 系统硬件设计方案第3章 系统硬件设计方案3.1 系统设计框图根据系统设计方案的论证，设计出如图3-1所示的系统设计框图，下面依次介绍各个模块的具体设计实现细节。图3-1 系统设计框图3.2 硬件电路设计3.2.1 电源电路本设计需要用到5V供电，考虑采用USB转DC电源线接5V，1A开关电源以提供稳定的电压，加入一个6脚自锁开关控制电路通断。单片机的40脚接至VCC，20脚接至GND，电路图如图3-2所示，图中J1为DC火牛头。图3-2 电源电路图3.2.2 单片机89C52最小系统本系统采用的核心控制模块是常用的单片机型号：89C52。下面简要介绍该单片机的特点和使用方法。3.2.2.1 单片机简介1.单片机内部结构MCS-51结构的单片机内部采用模块式结构，其结构组成框图如图3-3所示。由图可见，该系列单片机主要由随机数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、中央处理器（CPU）、输入输出口、串行口、内置的定时器/计数器、中断控制、总线控制、以及时钟电路通过总线连接而成。CPU是单片机内部的核心器件，分为运算器和控制器两大部
