单片机课程设计花样流水灯2

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1、亠、亠刖言随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯不断 变化闪烁。LED灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得 到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市 场上各式样的LED灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一， 这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的 需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有 芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而 且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制 器进行改进。

2、流水灯是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮。流水灯控制是可编程控制 器的一个应用，其控制思想在工业控制技术领域也同样适用。流水灯控制可用多 种方法实现，但对现代可编程控制器而言，利用移位寄存器实现最为便利。通常 用左移寄存器实现灯的单方向移动；用双向移位寄存器实现灯的双向移动。本案 例利用价格低廉的AT89C51系列单片机控制基色LED灯泡从而实现丰富的变化。1、课程设计的目的和要求1.1设计目的近年来随着科技的发展，单片机的应用正在不断走向深入，同时带动传统控 制检测日新月异更新，在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往 是作为一个核心部件来使用，单片机方面知识是不够的，还应根据具

3、体硬件结构， 以及针对具体应用对象点的软件结合，加以完善。流水灯，可以更简单、方便的 使用。通过本课程设计使学生进一步巩固单片机原理及应用的基本概念、基本理 论，分析问题的基本方法，增强系统地运用已学的理论知识解决实际问题的能力 和查阅资料的能力。培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力，能 通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找解决方案。1.2设计要求设计流水灯的基本要求：设计一个流水灯，应用AT89C51试验系统，电路开 启后红、绿两种颜色的灯在时钟信号作用下按一定规律转换状态。2、总体设计2.1硬件总体设计2.1.1设计思想整个系统工作由软件程序控制运行，根据需要，可以上电后系

4、统经过初始化, 进入用户设定模式状态。基于AT89C51单片机的彩灯控制方案，实现对LED 彩灯的控制。本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与驱动等模块组成核 心主控制模块。在主控模块上设有晶振电路和16个LED显示二极管，根据 需要编写若干种亮灯模式，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出 灯亮或灯灭的控制信号。2.1.2元件清单名称型号个数AT89C51122PF电容210uF电解电容(16v)110K电阻17晶振12HZ1绿色发光二极管8红色发光二级管82丄3模块分析接线(1)核心部件若干89C51单片机是整个彩灯循环系统的核心是控制彩灯循环闪烁等等一切功能的部件；其中内部有R

5、OM、有RAM、有并行I/O 口等，在51单片机内部有一个CPU用来运算、控制，有四个并行I/O 口，分别是PO、Pl、P2、P3,有ROM，用 来存放程序，有RAM,用来存放中间结果，此外还有定时/计数器，串行I/O 口, 中断系统，以及一个内部的时钟电路。(2) 复位系统电路中Cl、R2组成复位电路，它的作用是将单片机内部特殊功能寄存 器和端口寄存器恢复到初始状态，从内部FLASH存储器的初始状态开始执行(3) 震荡系统单片机本身如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作，电路应在唯一的 时钟信号控制下，严格地按规定时序工作。而时钟电路就用于产生单片机工作所 需要的时钟信号。XTAL18

6、051:C1C2XTIL2(4) 闪烁系统利用单片机的P 口控制：LED的发光闪烁，再利用编程实现流水灯的电路，用软 件来实现对LED的控制，每个LED接一个限流电阻，来控制流入LED发光管的电 流。图3-1-1硬件系统方框图2.2软件总体设计用查表的方法控制点亮流水灯，即移位的思想0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0xff;/左边单个点亮 0x7f,0x3f,0xlf,0x0f,0x07,0x03,0x01,0x00;/右边逐个点亮 0x01,0x03,0x07,0x0f,0xlf,0x3f,0x7f,0xff;/左边逐个熄灭 0x7f,0x8f

7、,0xdf,0xef,0xf7,0xf& Oxfd,Oxfe,Oxff;/右边单个点亮 0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00;/左边逐个点亮 0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff;/右边逐个熄灭 0xfc,0xf9,0xf3,0xef,0xcf,0x9f,0x3f,0xff;/左边逐两个点亮 0x3f,0x9f,0xcf,0xe7,0xf3,0xf9,0xfc,0xff;/右边逐两个点亮 0xf8,0xfl,0xe3,0x07,0x8f,0xlf,0xff;/左边逐三个亮 0xlf,0x8f,0x07,0xe3

8、,0xfl,0xf& Oxff;/右边逐三个亮3、硬件设计3.1 AT89C51单片机的硬件结构由图2.1可以看出，单片机内部主要包含下列几个部件：一个8位CPU；一个时钟电路；4Kbyte程序存储器；128byte数据存储器；两个16位定时/计数器；64Kbyte扩展总线控制电路；四个8-bit并行I/O端口；一个可编程串行接口；五个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断。外部中断ALEP SEN1外部计 J数脉冲AT89C51硬件结构框图3.1.1主要特性AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的八位CMOS单片机，片内有一个 4KB的FLASH可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash

9、 Programmable and Erasable Read Only Memory)，它采用了 CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易 失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC51兼容。片内置通用8 位中央处理器(CPU)和FLASH存储单元，片内的存储器允许在系统内改编程序 或用常规的非易失性存储器编程。因此，AT89C51是一种功能强、灵活性高且价 格合理的单片机，可方便的应用于各种控制领域。3.1.2主要引脚功能1.电源引脚Vcc和VssVcc：电源端，接+ 5V。Vss :接地端。通常在Vcc和Vss引脚之间接0.1“高频滤波电容。2.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2

10、XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输 入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。XTAL2 :接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的 输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。3地址锁存允许ALE在系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0 口输出的低8位地址，从 而实现数据与低位地址的复用。当单片机上电正常工作后，ALE端就周期性地以 时钟频率的1/6的固定频率向外输出正脉冲信号，ALE的负载能力为8个LSTTL 器件。4外部程序存储器读选通信号PSE聞是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。CPU从外部存储器取指 令

11、时，它在每个机器周期中两次有效。5程序存储器地址允许输入端瓯/VPP当瓯 为高电平时,CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过0FFFH 时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当瓯 为低电平时，CPU只执行片外 程序存储器指令。对于8031，由于其无片内ROM，故瓯 必须接低电平。6.复位信号RST该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复 位操作。此外，该引脚还有掉电保护功能，若在该端接+ 5V备用电源，在使用 中若Vcc掉电，可保护片内RAM中信息不丢失。7输入/输出口引脚P、P、P和P0123P0 口（P0.0P0.7）：该端口为漏极开路的8位准双向口，负

12、载能力位8高 LSTTL负载，它为8位地址线和8位数据线的复用端口。P1 口（P1.0P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O 口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。P2 口（P2.0P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O 口，P2 口的驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问外部程序存储器时，它作存储器的高 8位地址线。P3 口（P3.0P ）： P 口同样是内部带上拉电阻的8位准双向I/O 口，P 口3.733除了作为一般的I/O 口使用之外，其还具有特殊功能。PI.0pi. i?1.2PJ.3PI.4PJ.5PI.6PI. 7 RST(EIXD)Pj. 0 (

13、TXDIP3. TVi1j)P12 ClNfT)P3T3CU沁 5| 左 b 临卩M 丁K7AL2XTAL |LVDATB9C51VCCP0. 0/ CAD0)P0. 1/CW1)PD. 2 AD2)PD. V AD3)P0. 4/(AD4)P0. 5/ (AD5!网.6/(.W6)PD. 7/ LW7)EI/VPPALE/PROC PSEN現.7/UP2.6/(A14P2.5/(A3PL4(A32P2. 3/(All)P2j/(Ali)P2-】/的P2. C/(A8)图1 AT89C5I的引脚排列3.1.3振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为

14、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314芯片擦除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。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。3.2硬件连线图II1=1Td-L 1阳.|北|raw d-LF CFPZJ3IIFl/-PIjM-i- F-Zi

15、H-iiFJ硼血F-i.iPJ.iEAFl_?Fjj-*nrPlJRUMTTFmFJ.-iTfrPitHJiTiFlFJMnrPl JhjwitAl图3-1硬件接线图3.3硬件电路设计3.3.1复位电路如图所示，当要对晶片重置时，只要按此开关就能完成LED和开关的重置。 复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从 0000H单元开始执行程序。单片机的RST管脚为主机提供了一个外部复位信号输 入口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间为2个机器周期以上。单 片机的复位方式可由手动复位方式完成。RST引脚是复位信号输入端，复位信号为高电平有效，其有效时间应持续24 个振荡周期以上才能完成复位操作，若使用6MHz晶振，则需持续4“S以上才能 完成复位操作。图2.10中，在通电瞬间，由于