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1、简易广告灯 (广告灯左移右移)设计 郑州科技学院 单片机课程设计 题 目 简易广告灯设计 学生姓名 专业班级 11级自动化一班 学 号 201142002 院 （系） 电气工程学院 指导教师 王继红 完成时间 2014年 11月 14日 郑州科技学院 单片机课程设计任务书 专业 11自动化 班级 1班 学号 201142002 姓名 XX 一、设计题目 简易广告灯设计 二、设计任务与要求 利用单片机外加辅助元件对发光二极管的亮灭进行控制，从而实现LED灯的左右移动的效果。要求做单一灯的左移右移，八个发光二极管L1L8分别接在单片机的P1.0P1.7接口上，输出“0”时，发光二极管亮，开始时P1
2、.0P1.1P1.2P1.3P1.7P1.6P1.0亮，重复循环。 三、主要参考文献 1 皮大能.单片机课程设计指导书M. 北京：北京理工大学出版社, 2010,10. 2 张毅刚.单片机原理及接口技术M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1990,1. 3 李秀华.单片机原理及实践M. 沈阳：东北大学出版社,2006,4. 4 艾运阶,建华.MCS-51单片机项目教程M. 北京：北京理工大学出版社,2012,1. 四、设计时间 月日 至 日 指导教师签名： 年 月 日 目 录 1 实验产品简介 . 1 2 设计思路 . 1 3 设计目的及要求 . 2 4 设计过程 . 2 4.1 系统硬件电路
3、实现 . 2 4.2 单片机最小系统 . 7 4.3 程序设计内容 . 8 4.4 程序流程图. 9 4.5 电路仿真 . 9 5 程序代码 . 10 5.1 单向程序1 . 10 5.2 单向程序2 . 12 5.3 来回程序 . 12 6 心得体会 . 14 参考文献 . 15 附录1：电路原理图 . 16 附录2：实物图 . 17 附录3：元件清单 . 18 1 实验产品简介 广告灯，也叫广告流水灯，就是能把任何图案以光的形式投影在广场或各种楼体上的一种电子产品，投影的图案既有动态效果，也有静态效果，各种图案都可以订做，很容易吸引众人的眼光，关注率非常高。在现在诸多的娱乐场所、理发店、宾
4、馆、饭店、公司等的门外，都可以看到各式各样的广告流水灯。广告灯这是一种新生的传媒，成本低，投射方便，是各种广告公司的新宠。广告灯还能在一些传统媒体无法投放的地方发生作用，并会有意想不到的效果，如地面，马路边上。广告灯可运用色彩的对比手法，从而产生与众不同的色彩感觉与色彩组合，并有助于作品形象区别于周围事物与环境，形成色彩视觉冲击力，引发注意。不同的色彩对比组合，可以营造鲜艳夺目、明亮活泼，也可以是庄重高雅、雍容华贵，在作品与消费者接触的一刹那中，打动消费者，增强注意的力度，在形成广告的第一印象时，色先夺人，并留下深刻的印象。广告灯主要应用于广告牌、建筑泛光照明、网球场、停车场、体育馆及码头等。
5、 2 设计思路 本次实验需要设计一个能够实现对广告灯的图案进行控制的装置，我们利用单片机的功能进行实现。单片机的强大功能可以帮助我们实现广告灯的左右移动，并且可以巩固单片机的理论知识，提高自己的实践能力。单片机具有功能强、体积小、成本低、功耗小等特点，使它在工业控制、智能仪器、节能技术改造、通信系统、信号处理及家用电器产品中都得到了广泛的应用。另外，单片机在很大程度上改变了传统的设计方法，以往采用模拟电路、数字电路实现的电路系统，大部分功能单元都可以通过对单片机硬件功能扩展及专用程序的开发，来实现系统提出的要求，这意味着许多电路设计问题将转化为程序设计问题，这在很 1 大程度上能够简化电路，但
6、也要求有较好的程序设计基础。 我们设计的整体思路是利用AT89C51单片机为核心，配合简单的外部电路，实现对发光二极管的点亮顺序及图案的控制。通过Proteus和Keil软件的设计及仿真，验证实验方案的成败。对于整体的设计如图2-1的方框图所示。 图2-1 电路设计方框图 3 设计目的及要求 （1） 熟悉集成电路的引脚安排。 （2） 掌握芯片的逻辑功能及使用方法。 （3）了解电路板结构及其接线方法。 （4） 掌握单片机的基本原理和编程方法。 （5） 熟悉仿真软件Proteus和Keil的基本操作和方法。 （6） 要求做单一灯的左移右移，八个发光二极管L1L8分别接在单片机的P1.0P1.7接口
7、上，输出“0”时，发光二极管亮，开始时P1.0 P1.1P1.2P1.3P1.7P1.6P1.0亮，重复循环。 4 设计过程 4.1 系统硬件电路实现 把“单片机系统”区域中的P1.0P1.7用8芯排线连接到“八路发光二极管指示模块”区域中的L1L8端口上，要求：P1.0对应着L1，P1.1对应着L2，P1.7对应着L8。电路图如图4-1所示，按电路图的 2 要求连接电路。 图4-1 电路原理图 AT89C51单片机及其引脚说明： AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS八位处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用AT
8、MEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51单片机有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含两个外中断口，两个16位可编程定时计数器，引脚电路如图4-2所示。 主要特性： ? 与MCS-51 兼容 3 ? 4K字节可编程闪烁存储器 ? 寿命：1000写/擦循环 ? 数据保留时间：10年 ? 全静态工作：0Hz-24MHz ? 三级程序存储器锁定 ? 1
9、288位内部RAM ? 32可编程I/O线 ? 两个16位定时器/计数器 ? 5个中断源 ? 可编程串行通道 ? 低功耗的闲置和掉电模式 ? 片内振荡器和时钟电路 管脚说明： VCC：供电电压 GND：接地 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管
10、脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上 4 拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2
11、口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 管脚 备选功能: ? P3.0 RXD（串行输入口） ? P3.1 TXD（串行输出口） ? P3.2 /INT0（外部中断0） ? P3.3 /INT1（外部中断1） ? P3.4 T0（记时器0外部输入） ? P3.5 T1（记时器1外部输入） ? P3.6
12、 /WR（外部数据存储器写选通） ? P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） ? P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 ? RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ? ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为 5 振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， A
13、LE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 ? PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 ? EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 ? XTAL1：反向振荡放大器的
14、输入及内部时钟工作电路的输入。 ? XTAL2：来自反向振荡器的输出。 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。 6 图4-2 AT89C51单片机引脚图 4.2 单片机最小系统 单片机最小系统一般指单片机和时钟电路和复位电路。由于51单片机内部集成了程序存储器和数据存储器，只要增加时钟电路和复位电路，单片机就具备了工作的基本条件，单片机就可以正常
15、运行了。 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。本次课程设计中选用AT89C51式单片机， 7 其最小系统主要由电复位、振荡电路组成。单片机的最小系统如图4-2所示。 单片机的复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个时钟周期以上时复位有效。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成，上电复位是在复位引脚上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND；按键复位是在复位电容上并联一个
16、开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。 AT89C51单片机使用12MHZ的晶振最为振荡源，由于单片机内部有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容一般在15pF至50pF之间。外部晶振结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率。 图4-3 单片机最小系统电路图 4.3 程序设计内容 我们可以运用输出端口指令MOV P1，A或MOV P1，DATA，只要给累加器值或常数值，然后执行程序中的指令，即可达到输出控制的动作。每次送出的数据是不同的，具体的数据如下表1所示，根据表中的各个端口送出数据对应的情况，LED
17、 相应的点亮。然后可以改变 8 程序中的内容，并相应的下载到单片机中，则LED会按新的顺序依次点亮，并实现循环功能。 表1 送出的数据表 4.4 程序流程图 按照程序流程图的整体要求设计电路的程序内容，程序流程图如图4-3所示。 图4-3程序流程图 4.5 电路仿真 按照电路设计的要求，结合电路原理图，在Proteus软件上绘制电 9 路图。选择合适的元器件，然后排版、连线。电路连接完成后，要对单片机进行程序写入，这个过程还需要另一个软件Keil。将事先准备好的程序代码通过Keil生成.HEX文件，然后与Proteus连接写入到单片机中。接着调试运行，观察结果。仿真电路图如图4-4所示。 图4
18、-4电路仿真图 5 程序代码 5.1 单向程序1 ORG 0000H START: MOV P1, #01111111B ;最下面的LED点亮 LCALL DELAY MOV P1, #10111111B ;最下面第二个LED点亮 10 LCALL DELAY MOV P1, #11011111B ;最下面第三个LED点亮 （以下省略） LCALL DELAY MOV P1, #11101111B LCALL DELAY MOV P1, #11110111B LCALL DELAY MOV P1, #11111011B LCALL DELAY MOV P1, #11111101B LCALL
19、DELAY MOV P1, #11111110B LCALL DELAY MOV P1, #11111111B 时约0.25秒 AJMP START DELAY: MOV R4, #2 L3: MOV R2 , #250 L1: MOV R3 , #250 L2: DJNZ R3 , L2 DJNZ R2 , L1 DJNZ R4 , L3 RET END 11 ;完成第一次循环点亮,延;反复循环 5.2 单向程序2 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN: MOV P1, #00H LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY MOV
20、A, #0FEH LOOP: MOV P1, A LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY R1 A AJMP LOOP DELAY: MOV R7, #00H TT:MOV R6, #00H DJNZ R6, $ DJNZ R7, TT RET END 5.3 来回程序 ORG 0000H START:MOV R2, #8 ;全亮 ;延时一段时间 ;每次只亮一个灯 ;循环左移 ;延时子程序 12 MOV A, #0FEH ;给A赋值成11111110 SETB C ;将C状态位置1 LOOP: MOV P1, A LCALL DELAY RLC A ;累加器连进
21、位标志左循环移位，即A为11111101 DJNZ R2,LOOP MOV R2, #8 LOOP1:MOV P1, A LCALL DELAY RRC A 环 DJNZ R2, LOOP1 LJMP START 移 DELAY:MOV R5,#20 秒 D1: MOV R6,#20 D2: MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D2 DJNZ R5,D1 RET END ;累加器连进位标志右循 ;LJMP 2KB范围内长转 ;延时子程序，延时0.213 6 心得体会 单片机在现实生活中的应用非常广泛，通过本次实训，使我进一步学习了关于单片机原理的知识，在设计时根据要求，
22、复习了相关的知识和查询了相关的资料。根据实验条件，确定了合适的方案。在整个课程设计中，不仅巩固了理论知识，而且大大提高了动手实践能力，还加强了团队间的协作能力。 我在我们这一组，主要是负责资料查询和电路 仿真等工作，在这过程中我学到了许多书上没有的知识，比如芯片的管脚说明、封装及内部原理等。另外，我还有一个很大的收获就是关于软件方面的，仿真软件Proteus的使用，以前只是了解这个软件，并没有真正操作，这次在仿真的过程中，我发现了许多问题，最后通过查阅资料和询问老师都一一得到了解决，学到了许多真正的技术。当然通过这次实训也让我对汇编语言有了更深的了解，让我对软件更加喜欢。 另外，我运用了课余时
23、间对单片机做了一个整体的认识，不仅复习了以前学过的知识，还查阅了相关资料，学到了许多新的知识，同时，我对单片机的最小系统有了很好的掌握，并能够充分的运用到各个电路设计中，对自己的帮助很大。 通过这次实训，我明白了理论和实践之间往往有很大的差距，理论必须通过实践的验证才能更加清晰。同时，我也了解了自己知识的贫乏，电子世界是一个非常奇妙的世界，各个元器件的作用功能非常强大，通过各个元器件间的简单组合，可以达到很多意想不到的结果。我们所要学习的东西还有很多，现在了解的只是这个知识体系中的冰山一角，我们在以后的学习中要狠下功夫，深刻理解知识的深层次内容，为我们以后的学习和工作打下坚实的基础。 14 参
24、考文献 1 李学龙.使用单片机控制的智能遥控电风扇控制器J.电子电路制作.2003.9:1315. 2 蓝厚荣.单片机的PWM控制技术J.工业控制计算机, 2010,9798. 3 郭天祥.新概念51单片机C语言教程M.北京：电子工业出版社.2009.342344. 4 胡汉才.单片机原理及其接口技术（第2版）M.北京：清华大学出版社.2004.4977. 5 胡全. 51单片机的数码管动态显示技术J .信息技术.2009.2532. 6 马云峰.单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计J.计算机测量与控制,2007,278280. 7 江晓安,秀峰.数字电子技术（第3版）M.西安：西安电子科技大学出版社.2012,189193. 8 艾运阶,建华.CS-51单片机项目教程M.北京：北京理工大学出版社.2012,123130. 9皮大熊,光群.单片机课程设计指导书M.北京：北京理工大学出版社.2010.4648. 10 杨怿菲.数字电路与EDA实践教程M.北京：科学出版社.2010.8992. 15 附录1：电路原理图 16 附录2：实物图 17 附录3：元件清单 18