基于單片機(jī)的LED流水燈控制

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的LED流水燈控制院系：信息技術(shù)學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)2023年1月10日基于單片機(jī)的LED流水燈控制摘要基于單片機(jī)的LED流水燈的應(yīng)用十分廣泛，由單片機(jī)作為的核心控制器，通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)控制功能和數(shù)據(jù)輸入是非常普遍的。通常在所需按鍵數(shù)量不多時(shí)，系統(tǒng)常采用獨(dú)立式按鍵。這種按鍵的電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。由于實(shí)際應(yīng)用中，不同系統(tǒng)對(duì)按鍵的要求不同，因此，對(duì)按鍵程序的設(shè)計(jì)要考慮全面，以便更好地完成按鍵所設(shè)定的功能，簡(jiǎn)述了該系統(tǒng)中一些重要芯片的根本工作原理，著重論述了硬件線路各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思想。進(jìn)而熟練掌握相關(guān)專業(yè)根底知識(shí)的綜合應(yīng)用，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手和設(shè)計(jì)能力。本系統(tǒng)是基于AT89C51系列單片機(jī)為核心的LED流水燈設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈變化方向和速度的可調(diào)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)獨(dú)立式按鍵LED目錄TOC\o"1-3"\h\u15004第一章緒論1206841.設(shè)計(jì)背景168221.1設(shè)計(jì)目的1170321.2可行性分析及相關(guān)現(xiàn)狀1313641.3意義217369第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)3213592系統(tǒng)設(shè)計(jì)3255012.1整體設(shè)計(jì)3125902.2模塊設(shè)計(jì)423902第三章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)7114173.1整體仿真電路圖7195123.2各局部模塊原理7274813.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)7251323.2.2外圍電路822142第四章核心代碼1111989第五章調(diào)試141758第六章總結(jié)與致謝1563476.1總結(jié)1575176.2致謝151864第七章附錄16119227.附錄16260547.1源代碼16緒論設(shè)計(jì)背景1.1設(shè)計(jì)目的通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，應(yīng)用《單片機(jī)原理及應(yīng)用》等所學(xué)相關(guān)知識(shí)及查閱資料完成簡(jiǎn)易LED流水燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以到達(dá)理論與實(shí)踐更好的結(jié)合、進(jìn)一步提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和設(shè)計(jì)的能力的目的。1.2可行性分析及相關(guān)現(xiàn)狀隨著人們生活水平的提高，基于單片機(jī)的LED流水燈的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其中獨(dú)立式鍵盤(pán)的擴(kuò)展電路，該模塊主要應(yīng)用于儀器儀表、工業(yè)控制器、條形顯示器、控制面板等實(shí)時(shí)性要求不太高的設(shè)備。所以利用軟件編程盡量做到硬件電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾,減小因元器件精度不夠引起的誤差，還可以改良和提高如選用更精密的元器件等，在此次設(shè)計(jì)中我們將用到集成電路。集成電路是信息產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)的核心，是推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化的關(guān)鍵技術(shù)。集成電路的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)水平已成為國(guó)家綜合國(guó)力的一個(gè)重要標(biāo)志。我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)經(jīng)過(guò)30多年的開(kāi)展現(xiàn)已形成了近百家的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，其中具備一定設(shè)計(jì)規(guī)模的單位有20多家，其中北京華大、大唐、深圳華威和無(wú)錫矽科四家設(shè)計(jì)公司的銷售額超過(guò)了1億元。多家外國(guó)著名公司也紛紛在中國(guó)建立起集成電路設(shè)計(jì)公司。中國(guó)開(kāi)展集成電路的主要目標(biāo)為：到達(dá)大規(guī)模生產(chǎn)150mm和0.8微米的技術(shù)水平；200mm和0.5微米的制造技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化；提高集成電路的設(shè)計(jì)能力以滿足市場(chǎng)需求；跟蹤0.3－0.4微米和先進(jìn)封裝技術(shù)的研發(fā)；開(kāi)發(fā)200mm的硅片制造技術(shù)并在國(guó)內(nèi)開(kāi)始生產(chǎn)等。未來(lái)10年是我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)開(kāi)展的關(guān)鍵時(shí)期。重點(diǎn)要推進(jìn)超大規(guī)模集成電路和新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。綜觀中國(guó)集成電路的設(shè)計(jì)概況，可以看到從20世紀(jì)80年代末開(kāi)始，經(jīng)過(guò)90年代初的創(chuàng)業(yè)期，現(xiàn)正進(jìn)入它的開(kāi)展期，21世紀(jì)將是中國(guó)設(shè)計(jì)業(yè)的成熟期。1.3意義今天，當(dāng)我們進(jìn)入21世紀(jì)的時(shí)候，自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)不僅面臨著挑戰(zhàn)、也遇到了前所未有的開(kāi)展機(jī)遇，而與此同時(shí)，在世界范圍內(nèi)掀起了高等科學(xué)工程教育的改革浪潮。這兩方面的因素必將深刻地影響大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)的開(kāi)展。本次課程設(shè)計(jì)就是為了加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電子電路技術(shù)的掌握，了解控制工程行業(yè)對(duì)當(dāng)今社會(huì)的影響。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，并通過(guò)實(shí)踐來(lái)不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的途徑和方法，從而提高實(shí)踐能力。系統(tǒng)設(shè)計(jì)2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1整體設(shè)計(jì)本方案主要有硬件局部和程序局部構(gòu)成。硬件局部主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)和輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。首先搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括電源電路，手動(dòng)復(fù)位電路，時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路才用內(nèi)部時(shí)鐘方式，手動(dòng)復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位方式。再根據(jù)要求在P2口串接8個(gè)發(fā)光二極管作為輸出設(shè)備，分別通過(guò)限流電阻接電源，在P3口串接2個(gè)獨(dú)立按鍵，作為輸入設(shè)備。通過(guò)獨(dú)立按鍵控制LED燈的閃爍和移動(dòng)及速率變化。同時(shí)在P1口連接一個(gè)數(shù)碼管顯示電路，用于自動(dòng)計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)改變流水燈的樣式。程序局部設(shè)定T0為定時(shí)工作方式，T0每隔一定的時(shí)間掃描獨(dú)立按鍵，當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)鍵按下時(shí)，在主函數(shù)中執(zhí)行相應(yīng)的程序。程序框圖如圖1所示：開(kāi)始開(kāi)始設(shè)置定時(shí)器工作方式開(kāi)中斷啟動(dòng)定時(shí)器判斷count1的值，強(qiáng)制轉(zhuǎn)換燈的閃爍樣式判斷count2的值確定速率數(shù)碼管計(jì)時(shí)10s之后，自動(dòng)改變樣式圖12.2模塊設(shè)計(jì)各局部模塊圖如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)時(shí)鐘電路及自動(dòng)復(fù)位電路：外圍輸入電路：外圍輸出二極管顯示電路：外圍輸出數(shù)碼管顯示電路：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3.1整體仿真電路圖如圖2所示：圖23.2各局部模塊原理各模塊原理介紹如下：3.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)首先搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括電源電路，手動(dòng)復(fù)位電路，時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路才用內(nèi)部時(shí)鐘方式，手動(dòng)復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位方式。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生AT89C51單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，通過(guò)復(fù)位按鍵可使單片機(jī)重新啟動(dòng)。如圖3所示：圖33.2.2外圍電路外圍電路主要有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。輸入設(shè)備主要由2個(gè)獨(dú)立按鍵構(gòu)成，如圖4所示。輸出設(shè)備由8個(gè)二極管構(gòu)成，如圖5所示，及七段數(shù)碼管顯示電路，如圖6所示。其中s1鍵控制8個(gè)二極管的把戲顯示，s2控制8個(gè)二極管點(diǎn)亮的速率。數(shù)碼管用于計(jì)時(shí)10s，10s之后自動(dòng)轉(zhuǎn)換二極管顯示樣式，如果10s之內(nèi)有s1按鍵按下，那么強(qiáng)制執(zhí)行s1按鍵的內(nèi)容。其中二極管的保護(hù)電阻的取值范圍為220-880歐姆之間。圖4圖5s1鍵按一下，二極管從上往下單向點(diǎn)亮，哪個(gè)送入的是0，就點(diǎn)亮哪個(gè)燈，然后依次使0右移，實(shí)現(xiàn)依次點(diǎn)亮；按兩下，二極管雙向移動(dòng)點(diǎn)亮；按三下，二極管4個(gè)交替閃爍；按四下，二極管8個(gè)交替閃爍；按五下，8個(gè)二極管依次點(diǎn)亮，依次熄滅；從而實(shí)現(xiàn)二極管的把戲顯示；s2鍵按下，通過(guò)延時(shí)程序，可以改變二極管點(diǎn)亮的速率。圖6數(shù)碼管顯示電路，通過(guò)往p1.0~p1.6寫(xiě)入0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90會(huì)顯示數(shù)字0~9，自動(dòng)計(jì)時(shí)10s；如果10s之內(nèi)沒(méi)有按鍵按下，那么10s之后，二極管自動(dòng)改變顯示樣式，如果10s之內(nèi)有按鍵按下，那么強(qiáng)制執(zhí)行按鍵內(nèi)容。第四章核心代碼本設(shè)計(jì)主要的模塊就是輸出設(shè)備中的8個(gè)二極管及七段數(shù)碼管顯示電路，分別如上圖的5、6所示。其中控制8個(gè)二極管把戲點(diǎn)亮的程序如下，重點(diǎn)以把戲1為說(shuō)明：if(count1==1)//把戲1：燈單向向下移模塊子程序{if(count2==1) {rate=rate1;}//如果s2鍵按一下，執(zhí)行速率1if(count2==2) {rate=rate2;}//如果s2鍵按兩下，執(zhí)行速率2P2=0xfe;//給p2端口送入初值，這時(shí)D1點(diǎn)亮 delay(rate);temp=P2;for(i=0;i<8;i++)//通過(guò)延時(shí)及循環(huán)，依次點(diǎn)亮D2~D8 {if(count1==1){temp=_crol_(temp,1); P2=temp; if(count2==1)//并隨時(shí)判斷是否有s2鍵按下 {rate=rate1;}if(count2==2) {rate=rate2;} delay(rate); if(i==7)i=0;} }}七段數(shù)碼管顯示電路的程序如下：unsignedcharcodetable2[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//定義數(shù)碼管0-9數(shù)字顯示的表voiddisplay(unsignedcharj){P1=table2[j/10];//通過(guò)片選使兩位數(shù)碼管分別顯示數(shù)字，但是延時(shí)時(shí)間小，可以實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)碼管同時(shí)顯示S3=1;delay(10);S3=0; P1=table2[j%10];S4=1;delay(10);S4=0;}中斷效勞程序如下：voidtimer0()interrupt1{TH0=(65536-50000)/256;//T0重新裝初值TL0=(65536-50000)%256;count++;display(table2index);if(table2index==0&&count==1)//如果數(shù)碼管顯示數(shù)字0時(shí)改變流水燈的樣式count1++;if(count1==6)count1=1;//如果五個(gè)把戲顯示完了之后，再按下按鍵S1或數(shù)碼管計(jì)數(shù)到10時(shí)，再重新從把戲1顯示if(count==20)//累加計(jì)數(shù)器的次數(shù)，如果到20次的話數(shù)碼管數(shù)字通過(guò)查表自動(dòng)加1顯示{count=0;table2index=table2index+1;if(table2index==11)table2index=0;}if(S1==0)//檢測(cè)是否是S1按下{delay(5);//軟件延時(shí)消抖 if(S1==0)//再次檢測(cè)S1是否確實(shí)按下 {table2index=0;count1++;//如果s1確實(shí)按下，那么執(zhí)行s1內(nèi)容 while(!S1);//如果s1沒(méi)有按下，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的把戲顯示if(count1==6)count1=1;}}if(S2==0)//檢測(cè)是否是S2按下{delay(5);//軟件延時(shí)消抖if(S2==0)//再次檢測(cè)S2是否確實(shí)按下{count2++; while(!S2);//如果s2沒(méi)有按下，那么繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的速率if(count2==3)count2=1;}}}第五章調(diào)試仿真的過(guò)程中出現(xiàn)的主要問(wèn)題是，按s2鍵二極管點(diǎn)亮速率不會(huì)改變，本來(lái)只要寫(xiě)入延時(shí)程序，就應(yīng)該會(huì)改變速率，但是仿真之后，速率并不會(huì)改變。后來(lái)經(jīng)過(guò)各方面的查資料及研究后才知道，必須在調(diào)用延時(shí)程序前判斷s2鍵是否被按下，并且按下的次數(shù)。否那么的話，就算s2鍵被按下，也只是執(zhí)行原本寫(xiě)入的速率，并不會(huì)根據(jù)s2鍵的按下改變速率。第六章總結(jié)與致謝6.1總結(jié)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力，我們小組順利的完成了這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)。這是一個(gè)磨練意志的過(guò)程。從課題的選擇開(kāi)始，硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、到最后的設(shè)計(jì)成功，這其中經(jīng)歷了很多困難。但是更重要的是在這個(gè)過(guò)程中我得到了很大的鍛煉。通過(guò)AT89C51單片機(jī)等一些器件的設(shè)計(jì)讓我學(xué)習(xí)和掌握了單片機(jī)技術(shù)的根底知識(shí)和技術(shù)要點(diǎn)，也使以前學(xué)的很多知識(shí)都得到了運(yùn)用。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我不僅學(xué)到了關(guān)于單片機(jī)技術(shù)方面的許多專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也讓我感覺(jué)到很多方面的知識(shí)的重要性。其實(shí)如何有效和快速的找到資料也是課程設(shè)計(jì)給我的啟發(fā)。與他人交流思想是取得成功的關(guān)鍵，在交流中不僅強(qiáng)化了自己原有的知識(shí)體系，也擴(kuò)展了自己的思維。課程設(shè)計(jì)是一個(gè)通過(guò)思考、發(fā)問(wèn)、自己解惑并動(dòng)手、提高的過(guò)程。我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中不斷學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)，完善自己。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的。只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。6.2致謝在這里我感謝那些曾給我授過(guò)課的每一位老師，是你們教會(huì)我專業(yè)知識(shí)。特別感謝教我們單片機(jī)原理及應(yīng)用的某某老師，是他給我們?cè)敿?xì)講解了單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理，以及各個(gè)引腳功能，還有程序的編寫(xiě)方法等。這些都是我們這次課程設(shè)計(jì)的根底，沒(méi)有某老師的講解，我們要想完成這次課程設(shè)計(jì)，是不可能的。我還要感謝我們小組的成員，通過(guò)大家的齊心協(xié)力，我們克服了重重阻力終于成功的完成了此次任務(wù)。非常感謝！第七章附錄7.附錄7.1源代碼//目的：實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的LED流水燈控制//語(yǔ)言：C;//變量:S1:P3.4口S2：P3.5口S3：P3.6口S4：P3.7口table1[]:流水燈樣式控制table2[]:數(shù)碼管-9數(shù)字//變量：temp:臨時(shí)變量i:臨時(shí)變量table2index:存儲(chǔ)table2的下標(biāo)//變量：count:累加計(jì)數(shù)器次數(shù)count1:累加單擊第一個(gè)按鍵次數(shù)count2:累加單擊第二個(gè)按鍵次數(shù)//變量：rate:速度變量rate1:速度變量rate2:速度變量#include<reg51.h>#include<intrins.h>sbitS1=P3^4;sbitS2=P3^5;sbitS3=P3^6;sbitS4=P3^7;unsignedcharcodetable1[9]={0xff,0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00};//流水燈樣式控制unsignedcharcodetable2[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//數(shù)碼管-9數(shù)字unsignedchartemp,i,table2index=0;unsignedcharcount1=0,count2=0,count=0;unsignedcharrate=100,rate1=100,rate2=500;//*********************************************************************************//Begin延遲voiddelay(unsignedcharz){unsignedintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=100;y>0;y--);}//End延遲//*********************************************************************************//Begin數(shù)碼管數(shù)字顯示voiddisplay(unsignedcharj){P1=table2[j/10];S3=1;delay(10);S3=0;P1=table2[j%10];S4=1;delay(10);S4=0;}//End數(shù)碼管數(shù)字顯示//*********************************************************************************voidmain(){P1=0xff;TMOD=0x01;//設(shè)置定時(shí)器T0為工作方式TH0=(65536-50000)/256;//定時(shí)器賦初值TL0=(65536-50000)%256;EA=1;//開(kāi)總中斷ET0=1;//開(kāi)啟定時(shí)器T0中斷TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器T0while(1){//***************************************************************************************//Begin流水燈樣式控制//Begin把戲if(count1==1)//把戲：燈單向向下移模塊子程序{if(count2==1) { rate=rate1; }if(count2==2) { rate=rate2; }P2=0xfe; delay(rate);temp=P2;for(i=0;i<8;i++) {if(count1==1){ temp=_crol_(temp,1); P2=temp;if(count2==1) { rate=rate1; }if(count2==2) { rate=rate2; } delay(rate);if(i==7)i=0; } }}//End把戲//*************************************************************************************//Begin把戲if(count1==2)//把戲：燈雙向移模塊子程序{P2=0x7f;if(count2==1) { rate=rate1; }if(count2==2) { rate=rate2; }delay(rate);temp=P2;for(i=0;i<7;i++){if(count1==2){ temp=_cror_(temp,1); P2=temp;if(count2==1) { rate=rate1; }if(count2==2) { rate=rate2; } delay(rate);}}for(i=0;i<7;i++) {if(count1==2) { temp=_crol_(temp,1); P2=temp;if(count2==1) rate=rate1;if(count2==2) rate=rate2; delay(rate); } }}//End把戲//*************************************************************************************//Begin把戲if(count1==3)//把戲：個(gè)交替閃爍模塊子程序 { P2=0xf0;if(count2==1) rate=rate1;if(count2==2) rate=rate2; delay(rate); P2=0x0f;if(count2==1) rate=rate1;if(count2==2) rate=rate2; delay(rate); }if(count1==4)//把戲：八個(gè)燈交替閃爍模塊子程序{P2=0xff;if(count2==1) rate=rate1;if(count2==2) rate=rate2;delay(rate);if(count1==4) { P2=~P2;if(count2==1) rate=rate1;if(count2==2) rate=rate2; delay(rate);}}if(count1==5)//把戲：八個(gè)燈依次全亮，依次滅模塊子程序{for(i=0;i<9;i++)//8個(gè)燈依次從上往下全亮 {if(count1==5) { P2=table1[i];if(count2==1) rate=rate1;if(count2==2) rate=rate2; delay(rate); } } for(i=8;i>0;i--)////8個(gè)燈依次從下往上全滅 {if(count1==5) { P2=table1[i];if(count2==1)