单片机优秀课程设计led流水灯设计优质报告精.doc

目 录
一、 前 言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (1 1.1课题介绍 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (1 1.2设计目标 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (1 二、总体设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2 2.1设计思绪 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (2 2.2原件清单 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (2 三、 硬件设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (3 3.1AT89C51„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (3 3.2系统框图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (5 3.3程序框图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (5 四、软件设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(5 4.1硬件设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (6 4.2单片机时钟电 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(6 4.3复位电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (6 4.4控制电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (7 4.5工作电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (7 五、软件调试 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(8 5.1设计要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (8 5.2软件步骤图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(9 5.3程序设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (9
六、 软件调试 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (11
七、 心得体会 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (12
八、 参考文件 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (13
第一章 序言
1.1 课题介绍
单片机全称叫单片微型计算机(Single Chip Microcomputer , 是一个集成在电路芯 片, 是采取超大规模集成电路技术把含有数据处理能力中央处理器 CPU 随机存放器 RAM 、只读存放器 ROM 、多个 I/O口和中止系统、定时器 /计时器等功效(可能还包含 显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D转换器等电路集成到一块硅 片上组成一个小而完善计算机系统。
现在单片机渗透到我们生活各个领域,几乎极难找到哪个领域没有单片机踪迹。 导弹导航装置, 飞机上多种仪表控制, 计算机网络通讯和数据传输, 工业自动 化过程实时控制和数据处理,广泛使用多种智能 IC 卡,民用豪华轿车安全保 障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机控制,和程控玩具、电子宠物等等,这 些全部离不开单片机。 更不用说自动控制领域机器人、 智能仪表、 医疗器械和多种 智能机械了。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设 备智能化管理及过程控制等领域,大致可分以下多个范围: 1.在智能仪器仪表上 应用 :, 比如精密测量设备 2. 在工业控制中应用 :用单片机能够组成形式 多样控制系统、数据采集系统。比如工厂流水线智能化管理,电梯智能化控制、 多种报警系统,和计算机联网组成二级控制系统等。 3.在家用电器中应用可从手 机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工 作中随地可见移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备 领域中应用 :比如医用呼吸机,多种分析仪,监护仪,超声诊疗设备及病床呼叫 系统等等。 6.在多种大型电器中模块化应用 :如音乐集成单片机, 看似简单功 能,微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机原理 ,就需要复杂类似于计算机原 理。
本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中步骤和步骤, 并从实践经验出发对计 算器设计做了具体分析和研究。本系统就是充足利用了 8051芯片 I/O引脚。系 统以采取 MCS-51系列单片机 Intel8051为中心器件来设计 LED 流水灯系统,实现 8个 LED 霓虹灯左、右循环显示,并实现循环速度可调。
1.2 设计目标
1. 学习基础理论在实践中综合利用初步经验, 掌握电路设计基础方法、 设计步骤, 培养综合设计和调试能力。
2. 掌握汇编语言程序设计方法。
3. 培养实践技能,提升分析和处理实际问题能力。
1.3 设计任务及要求
1.彩灯用 8个发光二极管替换。
2.电路含有控制彩灯点亮右移、左移、全亮及全灭等功效(用按键切换彩灯状态
3、彩灯两点移动时间间隔为 0.5秒。
二 、总体设计思绪
2.1设计思绪
本课题使用 AT89C51单片机时无须外扩存放器。 所以, 本流水灯实际上就是一个 带有八个发光二极管单片机最小应用系统,即为由发光二极管、晶振、复位、电源 等电路和必需软件组成单个单片机。
假如要让接在 P1.0口 LED1亮起来,那么只要把 P1.0口电平变为低电平就 能够了; 相反, 假如要接在 P1.0口 LED1熄灭, 就要把 P1.0口电平变为高电平; 同理,接在 P1.1~P1.7口其它 7个 LED 点亮和熄灭方法同 LED1。所以,要实 现流水灯功效,我们只要将发光二极管 LED1~LED8依次点亮、熄灭, 8只 LED 灯便 会一亮一暗做流水灯了。一样道理,能够让 8个灯左移点亮,全亮、全灭。 在此我们还应注意一点, 因为人眼视觉暂留效应和单片机实施每条指令时 间很短, 我们在控制二极管亮灭时候应该延时一段时间, 不然我们就看不到 “流水” 效果了。
在此基础上, 增加外扩设备, 利用 74LS373和 8255扩展成 24个 LED 灯循环显示。 2.2. 原件清单

三、硬件设计
3.1AT89C51
1. 芯片由 UNTITLED — ISISPROFESSIONAL 试验系统提供(AT89C51
1关键特征:
和 MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存放器
寿命:1000写 /擦循环
数据保留时间:
全静态工作:0Hz — 24Hz
三级程序存放器锁定
128*8位内部 RAM
32可编程 I/O线
5个中止源
可编程串行通道
低功耗闲置和掉电模式
片内震荡器和时钟电路
2管脚说明:
① 电 源 引 脚
Vcc (40脚 :典 型 值 +5V 。
Vss (20脚 :接 低 电 平 。
② 外 部 晶 振
XTAL1、 XTAL2分 别 和 晶 振 两 端 相 连 接 。
③ 输 入 输 出 口 引 脚 :
P0口 :I/O双 向 口 。 作 输 入 口 时 , 应 先 软 件 置 “ 1” 。 P1口 :I/O双 向 口 。 作 输 入 口 时 , 应 先 软 件 置 “ 1” 。 P2口 :I/O双 向 口 。 作 输 入 口 时 , 应 先 软 件 置 “ 1” 。 P3口 :I/O双 向 口 。 作 输 入 口 时 , 应 先 软 件 置 “ 1” 。 ④ 控 制 引 脚 :
RST 、 ALE/-PROG、 -PSEN 、 -EA/Vpp组 成 了 MSC-51 控 制 总 线 。
RST (9脚 :复 位 信 号 输 入 端 (高 电 平 有 效 。 ALE/-PROG(30脚 :地 址 锁 存 信 号 输 出 端 。
第 二 功 能 :编 程 脉 冲 输 入 。
-PSEN (29脚 :外 部 程 序 存 储 器 读 选 通 信 号 。
-EA/Vpp(31脚 :外 部 程 序 存 储 器 使 能 端 。
第 二 功 能 :编 程 电 压 输 入 端 (+21V 。
3 AT89C51单 片 机 P 口 特 点 :
P0口 :是 一 个 8位 漏 极 开 路 输 出 型 双 向 I/O端 口 。作 为 输 出 端 口 时 ,每 位 能 以 吸 收 电 流 方 式 驱 动 8 个 TTL 输 入 ,对 端 口 写 1时 , 又 可 作 高 阻 抗 输 入 端 用 。 在 访 问 外 部 程 序 或 数 据 存 储 器 时 , 它 是 时 分 多 路 转 换 地 址 (低 8位 /数 据 总 线 ,
在 访 问 期 间 将 激 活 内 部 上 拉 电 阻 。
P1口 :P1口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 8位 双 向 I/O端 口 。 P1口 输 出 缓 冲 器 可 驱 动 (吸 收 或 输 出 电 流 方 式 4个 TTL 输 入 。 对 端 口 写 1时 , 通 过 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 , 这 时 可 作 输 入 口 。 P2口 作 输 入 口 使 用 时 , 因 为 内 部 有 上 拉 电 阻 , 那 些 被 外 部 信 号 拉 低 引 脚 会 输 出 一 个 电 流 (Iil 。
P2口 :P2口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 8位 双 向 I/O端 口 。 P2口 输 出 缓 冲 器 可 驱 动 (吸 收 或 输 出 电 流 方 式 4个 TTL 输 入 。 对 端 口 写 1时 , 通 过 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 , 这 时 可 作 输 入 口 。 P2口 作 输 入 口 使 用 时 , 因 为 内 部 有 上 拉 电 阻 , 那 些 被 外 部 信 号 拉 低 引 脚 会 输 出 一 个 电 流(Iil 。在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 时 和 16位 外 部 地 址 外 部 数 据 存 储 器 (如 执 行 MOVX @DPTR 时 , P2口 送 出 高 8位 地 址 。 在 访 问 8位 地 址 外 部 数 据 存 储 器 (如 执 行 MOVX @RI 时 , P2口 引 脚 上 内 容 (就 是 专 用 寄 存 器 (SFR区 中 P2寄 存 器 内 容 , 在 整 个 访 问 期 间 不 会 改 变 。
P3口 :P3口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 8位 双 向 I/O端 口 。 P3口 输 出 缓 冲 器 可 驱 动 (吸 收 或 输 出 电 流 方 式 4个 TTL 输 入 。 对 端 口 写 1时 , 通 过 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 , 这 时 可 作 输 入 口 。 P3口 作 输 入 口 使 用 时 , 因 为 内 部 有 上 拉 电 阻 , 那 些 被 外 部 信 号 拉 低 引 脚 会 输 出 一 个 电 流 (Iil 。
(2 排 阻 作 用
所谓排阻就是若干个参数完全相同电阻,它们一个引脚全部连到一起, 作为公共引脚。其它引脚正常引出。所以假如一个排阻是由 n 个电阻组成, 那么它就有 n+1只引脚,通常来说,最左边那个是公共引脚。它在排阻上一 般用一个色点标出来。排阻通常应用在数字电路上,比如:作为某个并行口 上拉或下拉电阻用。使用排阻比用若干只固定电阻更方便。
3. 2、系统框图

图 1
3. 3、程序框图

四 、设计步骤
4.1硬件设计
硬件系统是指组成微机系统实体和装置,通常由运算器、控制器、存放器、输
入接口电路和输入设备、 输出接口电路和输出设备等组成。 单片机实质上是一个硬件 芯片, 在实际应用中, 通常极难直接和被控对象进行电气连接, 必需外加多种扩展 接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件,才能组成一个单片机应用系统。本设 计选择以 AT89S51单片机为主控单元。显示部分:8个 LED 灯循环亮灭。
4.2单片机时钟电路
时钟电路用于产生单片机工作所需要时钟信号, 单片机本身就是一个复杂同时 时序电路,为了确保同时工作方法实现,电路应在唯一时钟信号控制下严 格地按时序进行工作。
在 MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器,其输入端为芯片引脚 X1,输出端为 引脚 X2,在芯片外部跨接晶体振荡器和微调电容,形成反馈电路,就组成了 一个稳定自激振荡器。 此电路采取 12MHz 石英晶体。时钟电路以下图:

图 2
4.3复位电路
电阻作用是用于上电复位, VCC 以上电,因为电容两端电压不能突变,所 以 RST 上为高电平,然后电容放电, RST 就为低电平了,还能够用手动复位,此 电路应用自动复位。

图 3
4.4控制电路
控制电路用于控制工作电路工作情况,依据要求来控制电路,本电路控制电路 用来控制流水灯工作情况,当按下 1、 2、 3、 4各个开关时,电路含有左移、右 移、全亮、全没功效,具体控制电路以下:

图 4
4.5工作电路
1 工作电路就是依据总电路指令, 来反应工作情况。 本电路流水灯电路具体 以下:

图 5
2依据各个模块功效及她们信号传输,连接电路以下:
图 6
五、软件设计
5.1设计要求
本系统功效就时实现流水灯循环点亮,关键有四个功效,第一,按下第一个 按钮, 彩灯向上点亮循环, 按下第二个, 彩灯向下循环点亮, 按下第三个, 彩灯全亮, 按下第四个, 彩灯全灭。 彩灯用 8个发光二极管替换。 电路含有控制彩灯点亮右移、 左移、全亮及全灭功效用按键切换彩灯状态,彩灯两点移动时间间隔为 0.5秒。

5.2、软件步骤图 :
图 7
5.3、程序设计
ORG 0000H ;单片机上电后从 00000H 地址实施 AJMP START ;跳转到主程序存放地指出
ORG 0030H ;设置主程序开始地址
START: MOV SP,#60H ;设置堆栈起始地址为 60H
MOV DPTR,#TAB ;把 TAB 表首地址送入 DPTR START1: JNB P0.0,LOOP1 ;判定 P0.0处开关是否闭合
JNB P0.1,LOOP2 ;判定 P0.1处开关是否闭合
JNB P0.2,LOOP3 ;判定 P0.2处开关是否闭合
JNB P0.3,LOOP4 ;判定 P0.3处开关是否闭合
AJMP START1 ;假如没有开关闭合重新检测 LOOP1: CLR A ;累加器清零

河北建筑工程学院 单片机原理及应用课程设计 MOVC CJNE: A,@A+DPTR ;取数值表中数 A,#11111111B,SHOW1;检验左移结束标志 AJMP START ;左移结束重新检测开关状态 ;将数据送到 P1 口 ;调用延时子程序 ;取数据表指针指向下一数据 ;继续查表取数据 ;设定累加器初始值 SHOW1: MOV P1,A ACALL DELAY INC DPTR AJMP LOOP1 LOOP2: MOV A,#09H MOVC A,@A+DPTR ;取数值表中数 CJNE A,#00000000B,SHOW2;检验右移结束标志 AJMP START SHOW2: MOV P1,A ACALL DELAY INC DPTR AJMP LOOP2 LOOP3: MOV A,#08H ;右移结束重新检验开关状态 ;将数据送到 P1 口 ;调用延时子程序 ;取数据表指针指向下一数据 ;继续查表取数据 ;设定累加器初始值 MOVC A,@A+DPTR ;取数值表中数 MOV P1,A AJMP START LOOP4: MOV A,#11H ;将数据送到 P1 口 ;全灭结束重新检测开关状态 ;设定累加器初始值 MOVC A,@A+DPTR ;取数值表中数 MOV P1,A AJMP START DELAY: MOV R0,#10 D0: D1: MOV R1,#200 MOV R2,#123 NOP D2: DJNZ R2,D2 DJNZ R1,D1 DJNZ R0,D0 10 ;将数据送到 P1 口 ;全灭结束重新检测开关状态 ;延时一段时间
河北建筑工程学院 单片机原理及应用课程设计 RET TAB: DB 11111110B DB 11111101B DB 11111011B DB 11110111B DB 11101111B DB 11011111B DB 10111111B DB 01111111B DB 11111111B DB 01111111B DB 10111111B DB 11011111B DB 11101111B DB 11110111B DB 11111011B DB 11111101B DB 11111110B DB 00000000B END ;子程序返回 ;程序结束 六、软件调试 软件调试通常分为以下四个阶段：1、 编写程序并查错；2、在汇编语言编译系 统中编译源程序 3、对程序进行编译连接，并立即发觉程序中存在错误；4、更正 错误。 在软件调试过程中，对出现错误进行了认真分析和修改，数次调试成功后， 能够很好达成既定设计效果。 此系统能够改善为能够经过对开关调整来控制流水灯电路含有控制彩灯点亮右 11
河北建筑工程学院 单片机原理及应用课程设计 移、左移、全亮及全灭等功。 七、心得体会 经过一段时间努力，我们顺利完成了这次单片机课设。这是一个磨练意志 过程。从课题选择开始，计算器设计、硬件和软件系统设计、到最终 Proteus 软件仿真完成，这其中经历了很多困难，不过更关键是在这个过程中我得到了很大 锻炼。首先经过 C51 单片机等部分器件设计让我学习和掌握了单片机技术基 础知识和技术关键点，也使以前学很多知识全部得到了利用；其次在用 Proteus 软 件画电路图时，然后再转换成一维 WORD 中进行编辑，这个过程中让我掌握了计算机 辅助设计技术。当然，这是一个需要不停尝试，不停校核，不停修改，最终 完成一个合理设计过程。需要是细心和耐心。在很大程度上培养了我拼搏工 作精神。使我受益匪浅，愈加明确了自己专业方向。 经过此次课设，我不仅学到了相关单片机技术方面很多专业知识，同时也让我 感觉到团体合作关键性。其实怎样有效和快速找到资料也是课设给我启发，利 用好图书馆和网络，是资源到最好利用。和她人交流思想是取得成功关键，在 交流中，不仅强化了自己原有知识体系，也扩展了自己思维。课设是一个经过思 考、发问、自己解惑并动手、提升过程。我会在以后学习中不停学习，积累经验， 完善自己。 对于这次单片机课程设计不仅巩固了以前所学过知识， 而且学到了很多在书本 上没有学到过知识，掌握了一个系统研究方法，能够进行部分简单编程。经过 这次课程设计使我知道了理论和实际相结合是很关键，只有理论知识是远远不够 ，只有把所学理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提升自己 实际动手能力和独立思索能力。同时在设计过程中发觉了自己不足之处，比如 对以前所学过知识了解得不够深刻，掌握得不够牢靠，学习了单片机 C 语言。 这里我要感谢试验室指导老师，没有老师细致讲解和耐心检验，也就没有 我计算器出来，很感谢！ 12
河北建筑工程学院 单片机原理及应用课程设计 八、参考文件 [1]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理和设计（第二版） ．北京航天航空大学出版 社,.9 [2]杨恢先 黄辉先著.单片机原理和应用.人民邮电出版,.7 [3]朱定华著.单片机原理和接口技术.电子工业出版社,.4 [4]王威著.HCS12 微控制器原理及应用.北京航空航天大学出版社,.10 [5]龚运新著.单片机 C 语言开发技术.北京清华大学出版社,.10 [6]胡洪波著.单片机原理和应用试验教程.湘潭大学出版社，.7 [7]《单片机原理及其接口技术》 胡汉才 编著 北京：清华大学出版社 [8]《MCS-51 单片机原理及应用》张毅刚 编著 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社 [9] 《51 单片机 C 语言应用程序设计 实例精讲》 （第二版） 戴佳 刘博文 编著 电 子工业出版社 13