毕业论文(设计)流水灯讲解.docx

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1、毕业论文 ( 设计 )课题名称：基于 mcs-51 流水灯设计作者：周治雄学号： 1105050105系别：信息工程系专业：制冷与空调技术班级：应用电子一班指导教师：汤泽容专业技术职务：2014年6月 重庆 . 涪陵1第 2 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计摘要：当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统， 正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。关键词：LED 单片机控制系统流水灯2第 3 页 共 15 页基

2、于 mcs-51 流水灯设计目 录1 设 计 概 述 41.1 任 41.2 器材42 硬 件 设 计 方案 42.1 思想42. 2 硬 件 选 择 52.3 AT89C51 片机介 52. 4 硬 件 逻 辑图 82.5 92.6仿真 路 93 软 件 设 计 方案 93.1 件 思想93.2 件 思想103.3程序流程 124 调 试 及 运 行 结 果 1 35 设 计 心 得 与 体 会 1 3参考 料143第 4 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计1 设计概述1.1 设计任务设计内容：利用汇编语言（或 C 语言），实现 8 个单色 LED灯的左、右循环显示，并实现循环的

3、速度可调。选用芯片： 8255 等注：由于实验室的没有提供 8255 芯片，所以改用单片机完成此实验，并且添加了调节灯明暗的功能，以实现明暗可调。1.2设备器材在本设计中，所用到的设备器材如下所示：(1)计算机一台；(2)唐都仪器实验箱一台；(3) AT89C51 单片机一片；(4)导线若干。2 硬件设计方案2.1 设计思路本课题需要用按钮开关实现流水灯的左右循环显示、调速、控制亮度的功能。可以选用五个开关来实现这些操作。单片机正在软件运行下通过不断扫描开关状态，来将相关操作对应量送入单片机的输入端口，然后判断属于哪一类操作。五个开关分别为 K1,K2,K3,K4,K5 ，分别控制流水灯的调向

4、、加速、减速、变亮、变暗。在设计过程中，接开关的端口要全部保持高电平，当按下一个开关时，输入一个低电平，即为状态改变信号。不能同时有两个端口同为高电平。在设计中我主要负责了用云脉冲宽度调制（ PWM ）波控制 LED 灯的亮度环节，开始对 PWM 并不是很了解，通过请教同学和查阅相关资料，渐渐明白了其中的原理。在4第 5 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计主程序运行时通过中断方式调整其输出电压的占空比，从而改变灯泡的亮度。原理是这样的，主程序的始终频率和中断的始终频率并不相同， 大约是中断的一千倍， LED 灯在移动时如果响应了中断， 则在执行中断程序时， LED 灯近似看做没有移

5、动， 此时在中断程序中设计一个初值和一个上限，当计数到初值时置灯泡灭掉，在计数到上限之前小灯泡都是熄灭的，到达上限后回 0，并置灯泡为亮，继续计数，在到设定的初值时置小灯泡为灭掉。这样在主程序的一个周期内，中断程序将小灯泡置明置暗了近一千次，通过改变设定的初值可以改变小灯泡的亮度。2.2 硬件选择本实验选用 AT89C51 单片机、五个按键开关和 8 个发光二极管。其中 AT89C51 为控制核心，当 5 个开关的状态改变时，单片机检测到开关信号后就通过软件输出控制发光二极管。2.3 AT89C51 单片机介绍AT89C51 是一个低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含8k bytes

6、的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM ），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C51 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C51 有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 / 输出（ I/O ）端口，同时内含2 个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线。AT89C51 的内部结构图如下：5第 6 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计引脚图如

7、下：图 1-2引角图引脚功能说明：P0 口： P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O口，也即地址 /数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个 TTL 逻辑门电路，对端口6第 7 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计P0 写 “ 1时”，可作为高阻抗输入端用。访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时， P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口： P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或

8、输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”通过内部的上拉电，阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL) 。与 AT89C51不同之处是，P1.0 和 P1.1 还可分别作为定时/ 计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2 ）和输入（ P1.1/T2EX ），参见表 1。Flash 编程和程序校验期间， P1 接收低 8 位地址。表 .P1.0 和 P1.1 的第二功能引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时 / 计数器 2 ）图 2-1 P1.0 和 P1.1 的第二功能P2 口： P2

9、 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O口， P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL) 。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR指令）时， P2 口送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI指7第 8 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计令）时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P

10、2 亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口： P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O口。 P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL逻辑门电路。对P3 口写入 “1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（ IIL ）。P3 口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST ：复位输入。当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE （地址锁存允许

11、）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器 （ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位， 可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN ：程序 储存允许 （ PSEN ）输出是 外部程 序存储器 的读选通信

12、号，当 AT89C51 由外部程序存储器取指令 （或数据） 时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN 信号。EA/VPP ： 外部 访问 允许 。 欲 使 CPU 仅访 问 外 部 程序 存储 器 （ 地 址 为 0000H FFFFH ），EA 端必须保持低电平 （接地）。需注意的是： 如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 Vpp ，当然这必须是该器件是使用 12V

13、 编程电压 Vpp 。XTAL1 ：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2 ：振荡器反相放大器的输出端。8第 9 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计2.4 硬件连接框图单片机从开关上提取不同输入信号，进行相应的软件操作，反映输出在发光二极管上。开关输入AT89C51流水灯单片机图 3-12.5 设计连线本实验的连线为：开关使用唐都试验箱上的 5 个开关，分别接到单片机的 P2.0P2.4 口，然后发光二极管分别接到单片机的 P1.0P1.7 口。9第 10 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计图 4-1 实验仿真电路图3 软件设计方案3.1 软件设计思想一

14、个完整的系统仅有硬件是不够的，还要有软件的配合。软件和硬件对一个系统来说都是不可或缺的。 本实验采用 C 语言编程，在具体设计中， 通过 GetKey()函数来不停10第 11 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计的扫描开关的状态，通过 KeyProcess（）来确定输入的信号，即按键的位置，从而执行不同的子程序内容，实现 LED 灯的控制。3.2 C 语言编程51 单片机流水灯 C语言源程序文件说明：流水灯C 程序程序说明： MCU采用 AT89C51，外接 11.0592M 晶振， P2 口输出#include/51系列单片机定义文件#define uchar unsigned

15、char /定义无符号字符#define uint unsigned int /定义无符号整数void delay(uint);/声明延时函数void main(void)uint i;uchar temp;while(1)temp=0x01;for(i=0;i8;i+) /8个流水灯逐个闪动P2=temp;delay(100);/调用延时函数temp=1;temp=0x80;for(i=0;i=1;temp=0xFE;for(i=0;i8;i+) /8个流水灯依次全部点亮P2=temp;delay(100);/调用延时函数temp=1;temp=0x7F;for(i=0;i=1;void d

16、elay(uint t)/定义延时函数register uint bt;for(;t;t-)for(bt=0;bt255;bt+);12第 13 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计3.3 程序流程图13第 14 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计4 调试及运行结果通过设计和编写程序代码，讲程序通过Keil软件编译后生成的hex 文件写进AT89C51 中，便可操作。为当拨动相应的开关时，看LED 灯的变化。调试过程中问题很多，主要原因是对单片机结构的不熟悉，其次就是程序中的一些问题。但通过努力，都被一一解决。实际接线前我们先用protues仿真了一下实验结果，确认无误后

17、接线，这样提高了调试的时间。5 心得体会经过这次论文课程设计，顺利的完成了任务，并在其中体现了自己的独创部分。同时我感觉自己学到了很多。首先是要把理论和实际相结合起来，从理论中得出结论，然后再实践，从而提高自己的实际动手能力和独立思考问题的能力。在设计的过程中遇到了很多的问题，也发现了自己的不足之处。首先是之前对单片机并不十分了解，通过借阅书籍，找同学咨询慢慢的开始对其有了初步的认识。其次是一些相关软件的用法，这个通过自己慢慢的摸索也逐渐熟悉了起来。特别是protues 的使用，它给了我们很大的帮助，帮助我们解决了很多调试过程中的问题。在者是对 PWM 波的使用，这个问题很是伤到筋，因为之前对

18、其并不了解，从熟悉到使用我们查阅了很多资料，请教了同学，最后终于掌握了。同时也是设计更完善。此课程设计让我加深理解了所学的理论知识， 并进一步建立了计算机应用系统的整体概念，初步掌握了单片机软、硬件开发方法，为以后进行实际的单片机软、硬件应用开发奠定了良好的基础。这对下学期单片机的学习会有很大的帮助，也使我对单片机产生了兴趣。这次课程设计的顺利完成，离不开学长，同学和指导老师的帮助，特别在此感谢老师和学长的无私帮助。14第 15 页 共 15 页基于 mcs-51 流水灯设计参考文献1 陈明 .Protel99se 原理图与 pub 设计教程 M. 北京：机械工业出版社 ,2006:21-23

19、;2 阎石 . 数字电子技术基础（第四版） M. 北京：高等教育出版社 ,1997:50-53;3 杨 素 行 . 模 拟 电 子 技 术 基 础 简 明 教 程 M. 第 二版 ， 北 京 : 高 等 教 育 出 版社 ,1998:192-193 237-238;4 吴显鼎 . 集成电子电子线路设计手冊 M. 福州 : 福建科技出版社 ,2003:7-18 93-94;5 余孟尝 . 数字电子技术基础简明教程 M . 北京 : 高等教育出版社 ,1999;6孙余凯，吴鸣山，项绮明 .555 时基电路识图 M. 北京：电子工业出版社,2007,1;7 彭介华 . 电子技术课程设计指导 M. 北京：高等教育出版社， 2004;8 胡泽军，张生才 . 微电子学 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 2003;9 王俊峰 . 现代遥控技术及应用 M. 北京：人民邮电出版社， 2005;10 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11 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12 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 何小艇 . 电子系统设计 M. 浙江：浙江大学出版社， 2000;15