單片機(jī)控制LED的閃爍

1、淮北師范大學(xué) 硬件課程設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制LED的閃爍學(xué) 院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系(非師范) 學(xué) 生 姓 名 - 學(xué) 號(hào) - 指導(dǎo)教師姓名 - 2010 年 12 月 15 日目錄緒論2第一章 概述3第二章 總體方案論證與設(shè)計(jì)32.1.LED驅(qū)動(dòng)方式32.2.總體硬件組成框圖3第三章 LED系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)43.1.8*8共陰LED介紹43.2.列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)43.3.行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)43.4.掃描頻率的控制53.5.單片機(jī)最小系統(tǒng)5第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7第五章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析95.1.使用的儀器儀表95.2.系統(tǒng)調(diào)試95.3.硬件調(diào)試95.4.軟件調(diào)試95.5.測(cè)試結(jié)

2、果9參考文獻(xiàn)：9附錄10附1 電路總設(shè)計(jì)原理圖10附2 PCB圖10緒論大學(xué)不知中已經(jīng)過(guò)去了兩年多的時(shí)間，大學(xué)生活已經(jīng)過(guò)了一大半，最早在大一下學(xué)期學(xué)習(xí)了一門編程語(yǔ)言（C語(yǔ)言）,也是自己學(xué)的第一門編程語(yǔ)言，在大一下學(xué)期也學(xué)習(xí)了模擬電路，隨后在大二的上學(xué)期學(xué)習(xí)了數(shù)字電路，但是由于學(xué)校自身的條件限制所做的實(shí)驗(yàn)非常有限，硬件課程只是在理論上有所了解，而對(duì)于實(shí)際操作卻近乎一片空白，加之今年又學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加深了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件相關(guān)理論的學(xué)習(xí)，而在此時(shí)學(xué)校有一個(gè)硬件課程設(shè)計(jì)，這次硬件課程設(shè)計(jì)應(yīng)該是對(duì)前面所學(xué)課程的總結(jié)與實(shí)踐，是一次鍛煉自己動(dòng)手能力的一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，不僅能讓自己學(xué)到硬件設(shè)計(jì)的一般步

3、驟，另外也加強(qiáng)了對(duì)理論到實(shí)踐的應(yīng)用能力，對(duì)今后的學(xué)習(xí)和工作都有著很好的借鑒意義與學(xué)習(xí)意義，或許從這一個(gè)小小的硬件課程設(shè)計(jì)中不一定能得到多少，至于能不能從一粒沙子看到世界這也是我們的能力的體現(xiàn)，同時(shí)也是我們鍛煉能力的時(shí)候，又增強(qiáng)自己解決問(wèn)題的能力。關(guān)鍵詞：能力、意識(shí)、過(guò)程、步驟 第一章 概述本文介紹了以AT-89S51單片機(jī)為控制核心，采用靜態(tài)鎖存方式，制作一款左移動(dòng)態(tài)顯示0到9 ，每秒增加1，擁有亮度高、動(dòng)態(tài)影像顯示效果好、耗能少、使用壽命長(zhǎng)、顯示方式靈活、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)的簡(jiǎn)單8*8LED陣列靜態(tài)顯示屏。第二章 總體方案論證與設(shè)計(jì)2.1. LED驅(qū)動(dòng)方式a) 方案一：采用靜態(tài)鎖存方式采用靜態(tài)鎖

4、存方式，將每一個(gè)LED發(fā)光管的一端接至單片機(jī)的一個(gè)I/O口，另一端通過(guò)電阻接電源。這種方法可以直接驅(qū)動(dòng)LED，原理簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，LED的亮度也可以通過(guò)限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法浪費(fèi)單片機(jī)的I/O口，只適合于較小的系統(tǒng)。b) 方案二：采用動(dòng)態(tài)掃描方式采用動(dòng)態(tài)掃描方式，通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)并聯(lián)在一起的LED發(fā)光管的一端(共陰或共2端)，LED發(fā)光管的另一腳接通用I/O口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動(dòng)較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源。比較以上兩種方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用方案一。2.2. 總體硬件組成框圖系統(tǒng)框圖如右圖2-1所示，系統(tǒng)主要由三大模塊組成即LED顯示模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、單片機(jī)

5、最小系統(tǒng)。 8*8LED顯示屏 單片機(jī)最小系統(tǒng)列掃描驅(qū)動(dòng)模塊行掃驅(qū)動(dòng)模塊 圖2-1系統(tǒng)框圖第三章 LED系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1. 8*8共陰LED介紹88LED點(diǎn)陣的外觀及引腳圖如圖3.2所示，其等效電路圖如圖3.2所示。圖8.3中只要各LED處于正偏（Y方向?yàn)?，X方向?yàn)?），則對(duì)應(yīng)的LED發(fā)光。如Y7（0）=1，X7（H）=0時(shí)，則其對(duì)應(yīng)的右下角的LED會(huì)發(fā)光。各LED還需接上限流電阻，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，限流電阻即可接在X軸，也可接在Y軸。圖3.2 88點(diǎn)陣的外觀及引腳圖圖3.3 88點(diǎn)陣的等效電路3.2. 列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用ULN2803芯片, ULN2803是高電壓大電流八達(dá)林頓晶體管陣列

6、。該這列系統(tǒng)中的八個(gè)NPN達(dá)林頓連接晶體管事低邏輯電平數(shù)字電路（如TTL，CMOS或NMOS）和大電流高電壓要求的燈、繼電器和其他類似 負(fù)載間的接口的理想器件。ULN2803的管腳如右圖3.4。 3.3. 行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)顯示部分的點(diǎn)陣采用單色LED共陰點(diǎn)陣模塊，由一塊88點(diǎn)陣模塊連接成，每個(gè)發(fā)光二極管流過(guò)的電流約為10mA計(jì)算，為保證點(diǎn)陣的亮度，采用普通的三極管驅(qū)動(dòng)已經(jīng)可以滿足。行驅(qū)動(dòng)電路如圖右3.6。3.4. 掃描頻率的控制由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，一個(gè)LED發(fā)光管如果在一秒鐘內(nèi)亮24次以上的話，人眼就感覺(jué)不到閃爍。由此，一屏畫面連續(xù)以每秒25次的頻率循環(huán)顯示時(shí)，給人的感覺(jué)是穩(wěn)定的。為此

7、只要利用CPU控制行掃描速度，保證每秒400次，就可以保證畫面的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)時(shí)，我們使AT89C51的定時(shí)計(jì)數(shù)器T0工作于方式2（自動(dòng)重載方式AUTO-RELOAD MODEL）。此時(shí)設(shè)定M1M0為10，在方式2中16位計(jì)數(shù)器被拆為兩部分，其中TL0用作8bit Counter；TH0用于存放和保持計(jì)數(shù)初值。當(dāng)TL0計(jì)數(shù)溢出時(shí)，在溢出標(biāo)志TF0置1的同時(shí)，自動(dòng)的將TH0的初值重載到TL0中，因此在初始化的過(guò)程中，用軟件只需一次賦初值。其周期為：T（28-TH0初值）時(shí)鐘周期12采用11.0592MHZ的晶振時(shí)，計(jì)數(shù)速率約為1MHz，輸入脈沖的周期間隔為1uS，通過(guò)計(jì)算，TH0的初值為243，即

8、為0XF3(OF3H)。采用中斷的方式控制行譯碼掃描頻率，就可以保證畫面的無(wú)閃爍顯示。3.5. 單片機(jī)最小系統(tǒng)MCS-51系列單片機(jī)芯片均為40條引腳，HMOS工藝制造的芯片用雙列直插（DIP）方式封裝，其引腳示意及功能分類如圖1.2所示。各引腳功能說(shuō)明如下：1.主電源引腳Vcc（40腳）：接+5V電源正端。Vss（20腳）：接+5V電源地端。2.外接晶體引腳XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。XTAL2（18腳）

9、：接外部石英晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，該引腳懸空不接。3.輸入/輸出引腳 （1）P0口（3932腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 （2）P1口（18腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。對(duì)于52子系列，P1.0與P1.1還有第二功能：P1.0可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1可用作

10、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。（3）P2口（2128腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口且尋址范圍超過(guò)256字節(jié)時(shí)，P2口用作高8位地址總線。 表3.7 P3口第二功能引 腳 第二功能P3.0 RXD 串行口輸入P3.1 TXD 串行口輸出端P3.2 INT0 外部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效P3.3 INT1外部中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效P3.4 T0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端P3.5 T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端P3.6 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸入端，低電平有效P3.7 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信

11、號(hào)輸入端，低電平有效 （4）P3口（1017腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。除作為準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可以獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第三功能。P3口的第二功能如表2.1所示。4. 控制線 （1）ALE/PROG（30腳）：地址鎖存有效信號(hào)輸入端。ALE在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器期間，下降沿用于控制鎖存P0輸出的低8位地址；在不訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器期間，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。但要注意，在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，ALE脈沖會(huì)跳空一個(gè)，此時(shí)作為時(shí)鐘輸出就不妥了。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型，在編程期

12、間，該引腳用作編程脈沖PROG的輸入端。 （2）PSEN（29腳）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，PSEN信號(hào)將不再出現(xiàn)。 （3）RST/VPD引腳（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復(fù)位。當(dāng)Vcc發(fā)生故障，降低到低電平

13、規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD(+5V)為內(nèi)部RAM供電,以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。 （4）EA/Vpp（31腳）：EA為片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳有效（低電平）時(shí)，只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則單片機(jī)上電或復(fù)位后選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型，在編程期間，此引腳用作21V編程電源Vpp的輸入端。綜上所述，MCS-51系列單片機(jī)的引腳可歸納為以下兩點(diǎn)：（1單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳都有第二功能。（2）單片機(jī)對(duì)外呈現(xiàn)3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時(shí)復(fù)用為數(shù)據(jù)總線；由ALE、PSEN、RST、EA與P3口中的INT0、INT1、T0

14、、T1、WR、RD共10個(gè)引腳組成控制總線。由于是16位地址線，因此，可使片外存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)到64KB。圖3.9 單片機(jī)最小系統(tǒng)第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中我們也才用了模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。下圖4.8為系統(tǒng)流程圖，表4.7為0到9的LED編碼。位12345678000H1CH22H41H41H22H1CH00H100H40H44H7EH7FH40H40H00H200H00H66H51H49H46H00H00H300H00H22H41H49H46H00H00H400H10H

15、1CH13H7CH7CH10H00H500H00H27H45H45H45H39H00H600H00H3EH49H49H32H00H00H700H03H01H71H79H07H03H00H800H00H36H49H49H36H00H00H900H00H26H49H49H3EH00H00H圖4.10 LED編碼表NOYESNO開(kāi)始設(shè)定TIMER0啟動(dòng)TIMER0初始化載入字型延時(shí)時(shí)間10個(gè)子型？主程序TIMER0關(guān)閉TIMER0切換到RB1輸出顯示數(shù)據(jù)輸出掃描碼過(guò)8行？從第一行開(kāi)始填入定時(shí)值打開(kāi)TIMER0切換回RB0返回中斷子程序YES圖4.9 流程圖第五章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析5.1. 使用的儀器儀表 數(shù)字萬(wàn)用表燒寫器雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源5.2. 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對(duì)各電路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試：LED驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)試，單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試，最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測(cè)試。5.3. 硬件調(diào)試 對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實(shí)現(xiàn)指定的功能。5.4. 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用仿真軟件Proteus 6.9 SP4，將程序調(diào)入MCS-51 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行編譯，然后調(diào)入仿真軟件Proteus 6.9 SP4中運(yùn)行，主要是檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤，程序在硬件上的可執(zhí)行性