32個心形流水燈單片機課程設(shè)計.doc

單片機原理與應(yīng)用課程設(shè)計 題目：心形流水燈 系 別：計算機信息與技術(shù)系 專 業(yè)： 計算機科學(xué)與技術(shù) 班 級： B120601 學(xué) 號： B120601 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 郭 2015年06月目錄緒論2一.題目分析3二.硬件32.1 MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖42.2系統(tǒng)框圖52.3電路原理圖5三.系統(tǒng)軟件設(shè)計73.1 Keil_c軟件界面圖73.2程序流程圖8四 仿真調(diào)試104.1仿真采用proteus仿真圖104.2導(dǎo)入代碼圖10五 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析115.1 軟件調(diào)試125.2遇到問題12六 總結(jié)13緒論由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中MCS-52系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。目前，可用于MCS-52系列單片機開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便地利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應(yīng)用系統(tǒng)。本文主要講的是單片機，課題名稱為單片機流水燈控制，它使我們學(xué)會了如何使用單片機控制我們?nèi)粘Ｉ钪械亩嘣O(shè)備設(shè)施的應(yīng)用。通過本課題的設(shè)計以后，使我了解到了單片機的許多方面的應(yīng)用。本課題詳細(xì)地介紹了一種由MCS-89C51集成塊編程實現(xiàn)的控制電路，它完成了單片機流水燈控制功能，并給出了具體的硬件電路和相應(yīng)的程序。這種控制電路可靠性，靈活性高，使用范圍廣，特別適合中小城市的交通燈、霓虹燈等的應(yīng)用。而且，它對其他類似系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的借鑒意義。我所設(shè)計的該產(chǎn)品是根據(jù)自身的興趣和愛好所設(shè)計的，通過單片機的32個雙向IO口的高低電平控制接在IO口上的LED的亮滅，來達(dá)到LED的閃爍和流水等效果，編寫程序使花樣盡量多，用六種顏色的LED穿插焊接，閃爍時更漂亮。一 題目分析1.1 采用單片機STC89C51RC做成最小系統(tǒng)來控制。1.2 利用最小系統(tǒng)做出心形流水燈，其LED燈的閃爍間隔時間采用延時程序控制,每種模式可采用不同的延時，靈活多變。程序編寫過程當(dāng)中采用數(shù)組、取余、循環(huán)移位、移位運算、延時等方式來達(dá)成想要的效果。編程內(nèi)容以九種模式為核心，控制LED跑馬燈和數(shù)碼管進(jìn)行九種變化方式，從而達(dá)到設(shè)計方案最終預(yù)期的效果。 1.3本設(shè)計選用以AT89C51單片機為主控單元。此最小系統(tǒng)提供了32個獨立LED，由IO口控制，采用共陽級接法所以只有當(dāng)IO口輸出低電平時LED才會點亮。二 硬件 2.1 MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 從上圖可知，它主要由8個部件通過片內(nèi)總線連接而成。部件有中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行輸入/輸出口、串行口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。8051單片機有四個8位的雙向輸入/輸出端口，每個端口均可按字節(jié)輸入、輸出，也可按位進(jìn)行輸入、輸出，一個端口占8個引腳，共占32個引腳。在每個端口中都包括有一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。因此，本流水燈實際上就是一個帶有32個發(fā)光二極管的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由AT89C51單片機、電阻、發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路和必要的軟件組成的單個單片機。單片機最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵輸入、顯示輸出等。單片機接口電路主要用來連接計算機和其它外部設(shè)備。2.2系統(tǒng)框圖單片機復(fù)位電路晶振電路彩色限流電阻2.3電路原理圖圖2-3-1從原理圖中可以看出，如果要讓接在P1.0口的LED1亮起來，那么只要把P1.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤?；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的電平變?yōu)楦唠娖?；同理，其他LED的點亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管依次點亮、熄滅。在此我們還應(yīng)注意一點，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機執(zhí)行每條指令的時間很短，我們在控制二極管燈亮滅的時候應(yīng)該延時一段時間，否則我們就看不到“流水”效果了。 2.4各功能模塊的選擇及論證如下: 復(fù)位電路:由電容和電阻構(gòu)成,由電路圖并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會出現(xiàn)高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定.典型的51單片機當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。本設(shè)計中R=10K,C=10uF。所以采用上電復(fù)位：STC89C51RC系列單片機為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳RST上連接一個電容到VCC，再連接一個電阻到GND，由此形成一個RC充放電回路保證單片機在上電時RST腳上有足夠時間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的典型值為10K和10uF。如圖3.3.1所示:圖2-4-1上電復(fù)位電路圖 晶振電路:典型的晶振取11.0592MHz(因為可以準(zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場合)同時也可取12MHz(產(chǎn)生精確的微秒級時歇,方便定時操作)，因設(shè)計需要，本設(shè)計采用12M晶振。圖2-4-2晶振電路圖 . LED電路：由于發(fā)光二極管具有最大正向電流、最大反向電壓的限制，使用時，應(yīng)保證不超過此值。根據(jù)不同材料發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。LED有共陰極和共陽極兩種。在此設(shè)計中我們采用共陽極，共陽極將發(fā)光二極管的陽極連接在一起，接入+5V的電壓。普通發(fā)光二級管的工作電流是5-20毫安，本設(shè)計中采用的是3mm發(fā)光二級管，所以采用470電阻限流，使其正常工作，工作電流約為10毫安（一般有色發(fā)光二極管工作電流約為10毫安，透明發(fā)光二極管工作電流為20毫安）。主要元件有不同阻值的電阻、LED。電阻為每個LED的限流電阻。三 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 Keil_c軟件界面圖Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細(xì)介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 Keil_c軟件界面如圖3-1所示： 圖3-1 Keil_c軟件界面3.2程序流程圖此設(shè)計主要是采用控制系統(tǒng)的延時來完成的，此設(shè)計中是將流水燈，包含九種模式，每種模式都有一種流水燈樣式，每次對P0、P1、P2、P3口賦予相應(yīng)的值，即可達(dá)到預(yù)期的效果，再和不同的延時相配合，就能達(dá)到不同的流水效果了。具體程序見附錄。在程序編寫方面，本設(shè)計采用相對簡單的C語言進(jìn)行編程，采用C語言進(jìn)行編程的原因是它具有簡單緊湊、靈活方便、可移植性好等特點。程序編寫過程當(dāng)中采用數(shù)組、取余、循環(huán)移位、移位運算、延時等方式來達(dá)成想要的效果。編程內(nèi)容以九種模式為核心，控制LED流水燈進(jìn)行九種變化方式，從而達(dá)到設(shè)計方案最終預(yù)期的效果。程序流程圖如下：圖3-2四 仿真調(diào)試4.1仿真采用proteus仿真圖仿真截圖如下：圖4-14.2導(dǎo)入代碼圖圖4-2-1圖4-2-2五 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1 軟件調(diào)試本次設(shè)計整體采用電阻阻值有有四種，每個阻值對應(yīng)一個或兩個不同顏色的LED燈，如果對應(yīng)不對會出現(xiàn)燈的亮度會發(fā)生一些變化，但是不影響整體效果，線路有點多，焊接有點復(fù)雜，在安裝元件時，我們應(yīng)該對元件進(jìn)行檢測使它能達(dá)到電路所需的要求，應(yīng)盡量避免裝錯元件，不然調(diào)試時會出現(xiàn)很多麻煩，然后仔細(xì)對照原理圖進(jìn)行安裝。再進(jìn)行元器件的安裝焊接，在安裝焊接時應(yīng)注意避免虛焊、假焊現(xiàn)象，并且要注意掌握焊接時間。如果焊接時間過長就有可能將元器件損壞。軟件調(diào)試一般分為以下四個階段：1、編寫程序并查錯；2、在匯編語言的編譯系統(tǒng)中編譯源程序 3、對程序進(jìn)行編譯連接，并及時發(fā)現(xiàn)程序中存在的錯誤；4、改正錯誤。在軟件調(diào)試過程中，對出現(xiàn)的錯誤進(jìn)行了認(rèn)真的分析和修改，多次調(diào)試成功后，能夠很好的達(dá)到既定的設(shè)計效果。應(yīng)用Keil C51根據(jù)設(shè)計要求編寫出程序后，調(diào)試中出現(xiàn)符號錯誤及無用編碼，根據(jù)提示改進(jìn)后最終成功編寫出所要求的程序，并用仿真程序調(diào)用后得到預(yù)期效果。采用STC-ISP燒寫軟件進(jìn)行程序燒寫，開始不能下載，經(jīng)檢查串口出現(xiàn)問題，經(jīng)安裝驅(qū)動并檢查插口序號后，成功下載軟件到單片機。運行結(jié)果：成功下載軟件，接通外部電源，LED燈亮起，但是有部分并未按照預(yù)期完成，經(jīng)調(diào)試程序后，與預(yù)期相同，總體效果比較好。5.2遇到問題： 1 LED虛亮，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)時電源部分跳線斷了，補好后正常工作。 2所亮的燈不是所預(yù)想的，經(jīng)過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)程序賦值問題并解決。 3 由于每個電阻的阻值不同，外表白色的LED燈不好對應(yīng)阻值的大小，浪費了我好多時間去排版，最好用紙畫好電路圖標(biāo)清每個序號，寫清燈的顏色才能更好地實現(xiàn)我想要的效果。 4 LED燈不亮，經(jīng)用電表測量發(fā)現(xiàn)有個別燈壞了，或者對LED燈陽極和陰極焊接錯誤。 5 焊接的過程也是困難重重，焊接的效果不是很理想，但是運行還是不錯的。六 總結(jié) 經(jīng)過一周時間的努力，我們順利的完成了這次單片機課設(shè)。這是一個磨練意志的過程。從課題的選擇開始，硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計，到最后的Proteus軟件仿真完成，這其中經(jīng)歷了很多困難，但是更重要的是在這個過程中我得到了很大的鍛煉。此次編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現(xiàn)發(fā)光二極管的一亮一滅一方面，通過IO口引腳的電平高低來實現(xiàn)亮滅，低電平亮，高電平滅來實現(xiàn)流水燈多彩的效果。通過C51單片機等一些器件的設(shè)計讓我學(xué)習(xí)和掌握了單片機技術(shù)的基礎(chǔ)知識和技術(shù)要點，也使以前學(xué)的很多知識都得到了運用，由過本次課設(shè)，我不僅學(xué)到了關(guān)于單片機技術(shù)方面的許多專業(yè)知識，同時也讓我感覺到團隊合作的重要性。其實如何有效和快速的找到資料也是課設(shè)給我的啟發(fā)，利用好圖書館和網(wǎng)絡(luò)，是資源的到最好的利用。與他人交流思想是取得成功的關(guān)鍵，在交流中，不僅強化了自己原有的知識體系，也擴展了自己的思維。課設(shè)是一個通過思考、發(fā)問、自己解惑并動手、提高的過程。我會在以后的學(xué)習(xí)中不斷學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗，完善自己。 對于這次