基于STC-89C51的流水灯的设计与实现.doc

开放与创新实验 流水灯控制系统设计开放与创新实验设计报告设计题目：基于stc-89c51的流水灯的设计与实现 指导老师： 设计时间： 开放与创新实验任务书一、设计任务设计题目：按键式流水灯设计。设计内容：本设计是按键式流水灯设计，给出如下需求：整个流水灯系统由按键控制，实现各种状态（4种状态）之间的转换，即按键第一次压下，流水灯进入到第一种状态；按键第二次压下，流水灯进入到第二种状态；以此类推。二、系统需求基本要求：利用stc-89c51单片机作为系统核心控制部分，用16个发光二极管模拟流水灯的显示部分，自己设计电路和程序完成流水灯设计。发挥部分： 1使用外部中断作为对按键的控制。2用硬件定时器完成流水灯状态转换间的延时，延时误差小于2010-6s.开放与创新实验_流水灯设计报告流水灯控制系统设计摘要:本系统由单片机系统、数码显现管、led 显示等部分组成。系统能够实现以下功能：往南和往北的信号一致，即红灯（绿灯或黄灯）同时亮或同时熄灭。用两个数码管来显示被点绿亮的指示灯还将点亮多久。往东和往西方向的信号一致，其工作方式与南北方向一样，也采用两个数码管来倒计时。当南北方向为绿灯或黄灯时，东西方向的红灯点亮禁止通行；而东西方向为绿灯或黄闪灯时，南北向的红灯点亮禁止通行。交通信号灯控制方式很多。本设计采用msc-51系列单片机stc89c51和可编程并行i/o接口芯片8255,8155为中心器件来设计交通灯控制器，实现了用,8155芯片控制数码显现管，pc口进行段选，pb进行位选，来设置红、绿灯点亮倒计时的功能；由8255芯片控制12个led 灯来实现红绿黄灯状态,红绿灯循环点亮，倒计时结束后黄灯闪烁警示。在设计中采用了硬件技术与软件技术相结合的方法，用stc-89c51的定时器t0,设定30秒倒计时时间，然后再利用软件进行技术，从而产生秒信号。定时器t0用了中断方式，当定时时间到时，在t0断服务程序中实现秒的倒计数，从而控制led显示器倒计数显示准行或禁行时间。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词：单片机 ，8255,8155芯片 交通灯目 录一、绪论 5二、实验原理 5三、实验的各种方案 12四、硬件设计 13五、软件设计 14六、系统调试 21七、试验心得体会 22一绪论1.题目分析设计要求是流水灯的控制，需自己设计图形并实现四种状态。 2.功能要求我们利用stc89c52单片机作为核心控制部分扩展外部并口芯片，用p0、p1、p2端口控制灯的亮灭，p02端口控制按键，应用外部中断来实现流水灯的控制。二实验原理：.80c51的中断系统结构1、中断的概念cpu在处理某一事件a时，发生了另一事件b请求cpu迅速去处理（中断发生）； cpu暂时中断当前的工作，转去处理事件b（中断响应和中断服务）； 待cpu将事件b处理完毕后，再回到原来事件a被中断的地方继续处理事件a（中断返回），这一过程称为中断 。2.mcs-51单片机的中断系统结构 执行主程序主程序继续执行主程序断点中断请求中断响应执行中断处理程序中断返回 引起cpu中断的根源，称为中断源。中断源向cpu提出的中断请求。cpu暂时中断原来的事务a，转去处理事件b。对事件b处理完毕后再回到原来被中断的地方（即断点），称为中断返回。 随着计算机技术的应用，人们发现中断技术不仅解决了快速主机与慢速i/o设备的数据传送问题，而且还具有如下优点：1.分时操作。cpu可以分时为多个i/o设备服务，提高了计算机的利用率；2.实时响应。cpu能够及时处理应用系统的随机事件，系统的实时性大大增强；3.可靠性高。cpu具有处理设备故障及掉电等突发性事件能力，从而使系统可靠性提高。380c51中断系统的结构 80c51的中断系统有5个中断源（8052有 6个） ，2个优先级，可实现二级中断嵌套 。ex0eapx001et0pt001ex1px101et1pt101esps011ritiscontconie0tf0ie1tf110101it0it1int0int1t0t1rxtxieip111111110硬件查询自然优先级自然优先级中断入口中断入口高级低级中断源中断源 1、（p0.2）可由it0(tcon.0)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当cpu检测到p0.2引脚上出现有效的中断信号时，中断标志ie0(tcon.1)置1，向cpu申请中断。2、(p0.3）可由it1(tcon.2)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当cpu检测到p0.3引脚上出现有效的中断信号时，中断标志ie1(tcon.3)置1,向cpu申请中断。3、tf0（tcon.5），片内定时/计数器t0溢出中断请求标志。当定时/计数器t0发生溢出时，置位tf0，并向cpu申请中断。 4、tf1（tcon.7），片内定时/计数器t1溢出中断请求标志。当定时/计数器t1发生溢出时，置位tf1，并向cpu申请中断。 5、ri（scon.0）或ti（scon.1），串行口中断请求标志。当串行口接收完一帧串行数据时置位ri或当串行口发送完一帧串行数据时置位ti，向cpu申请中断。 、中断请求标志1、tcon的中断标志it0（tcon.0），外部中断0触发方式控制位。当it0=0时，为电平触发方式。当it0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。ie0（tcon.1），外部中断0中断请求标志位。it1（tcon.2），外部中断1触发方式控制位。ie1（tcon.3），外部中断1中断请求标志位。tf0（tcon.5），定时/计数器t0溢出中断请求标志位。tf1（tcon.7），定时/计数器t1溢出中断请求标志位。 2、中断优先级控制 80c51单片机有两个中断优先级，即可实现二级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器ip中的相应位的状态来规定的 。 px0（ip.0），外部中断0优先级设定位； pt0（ip.1），定时/计数器t0优先级设定位； px1（ip.2），外部中断0优先级设定位； pt1（ip.3），定时/计数器t1优先级设定位； ps （ip.4），串行口优先级设定位； pt2 (ip.5) ，定时/计数器t2优先级设定位。同一优先级中的中断申请不止一个时，则有中断优先权排队问题。同一优先级的中断优先权排队，由中断系统硬件确定的自然优先级形成，其排列如所示：设置52单片机的4个中断源,使他们的优顺序t1,int1,int0,t0.iph = 0x08;pt1 = 1;ip = 0x40;px1 = 1;80c51单片机的中断优先级有三条原则：1.cpu同时接收到几个中断时，首先响应优先级别最高的中断请求。2.正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级中断请求所中断。3.正在进行的低优先级中断服务，能被高优先级中断请求所中断。为了实现上述后两条原则，中断系统内部设有两个用户不能寻址的优先级状态触发器。其中一个置1，表示正在响应高优先级的中断，它将阻断后来所有的中断请求；另一个置1，表示正在响应低优先级中断，它将阻断后来所有的低优先级中断请求。3定时/计数器的结构和工作原理 一、定时/计数器的结构 定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。tmod是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；tcon是控制寄存器，控制t0、t1的启动和停止及设置溢出标志。 定时/计数器的工作原理: 加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是t0或t1引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使tcon中tf0或tf1置1，向cpu发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。 可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。 加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是t0或t1引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使tcon中tf0或tf1置1，向cpu发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。 可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。 设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由t0或t1引脚输入到计数器。在每个机器周期的s5p2期间采样t0、t1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的s3p1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12mhz时，最高计数频率不超过1/2mhz，即计数脉冲的周期要大于2 ms。 三.实验的各种方案（输入端接按键及外部中断接按键两种方案）进行比较论证方案一：利用stc-89c52单片机作为系统核心控制部分扩展外部并口芯片。由p0、p1、p2端口控制发光二极管，选择p0、p1、p2任一端口接按键来控制流水灯。方案二：利用stc-89c52单片机作为系统核心控制部分扩展外部并口芯片。由p0、p1、p2端口来控制灯的亮灭，p0.2（检测中断信号）接按键。方案一将输入端接按键需要纯粹的软件编程来控制按键，对cpu的利用率高，但在日常生活中利用率不高；而将外部中断与按键相接来控制流水灯，降低了cpu的利用率，可以更好的利用单片四硬件设计（包括电路图）此电路总体来说由两部分组成。一部分是stc89c52单片机，另一部分是单片机的外部扩展由发光二极管构成。五软件设计1.流程图：初始化有一半灯亮灯先左移，后又移亮灯闪烁三次奇偶灯依次交替亮2.源代码：实验一：org 0540hha1s:mov a,#00hha1s1:jb p3.3,ha1s1mov r2,#20hlcall delayjb p3.3,ha1s1ha1s2:jnb p3.3,ha1s2mov r2,#20hlcall delayjnb p3.3,ha1s2inc apush acccpl amov p1,apop accajmp ha1s1delay:push 02hdelay1: push 02hdelay2: push 02hdelay3: djnz r2,delay3pop 02hdjnz r2,delay2pop 02hdjnz r2,delay1pop 02hdjnz r2,delayretend实验二：#includevoid main()unsigned int i;p1=0x01;while(1)i=20000;while(i-);p1=p11;if(p1=0x00)p1=0x01;实验三：#includeunsigned int flag;unsigned char flag_1;void timer_init()tmod=0x02; /定时器0 工作方式2 初值自动重装th0=0x06;tl0=0x06;tr0=1;ea=1;et0=1;void delay()int i;for(i=0;i -p1=0xff;p2=0x7e;delay();/1,8p1=0xff;p2=0x3c;delay();/1,8-2,7p1=0xff;p2=0x18; delay();/1,8 -2,7-3,6 p1=0xff;p2=0x00;delay();/1,8 -2,7-3,6,-4,5display_2() /p1=0xff;p2=0xe7;delay();/1,8p1=0xff;p2=0xc3;delay();/1,8-2,7p1=0xff;p2=0x81; delay();/1,8 -2,7-3,6 p1=0xff;p2=0x00;delay();/1,8 -2,7-3,6,-4,5display_3() p1=0x80;p2=0xfe;delay();/1,8p1=0xc0;p2=0xfc;delay();/1,8-2,7p1=0xd0;p2=0xf8; delay();/1,8 -2,7-3,6 p1=0xf0;p2=0xf0;delay();/1,8 -2,7-3,6,-4,5 p1=0xf8;p2=0xe0;delay();/1,8 -2,7-3,6,-4,5 p1=0xfc;p2=0xc0;delay();/1,8 -2,7-3,6,-4,5 p1=0xfe;p2=0x80;delay();/1,8 -2,7-3,6,-4,5 p1=0xff; p2=0x00;delay();/1,8 -2,7-3,6,-4,5 void main() while(1) if( flag_1=0) display_1();if(flag_1=1) display_2();if( flag_1=2) display_3(); void time_0() interrupt 1 flag+; if(flag=100) flag=0; flag_1=flag_1+1; if(flag_1=4)flag_1=0; 六 系统调试（用keil.c51对程序进行调试，以及把程序烧录到单片机的过程）：七.实验心得体会（设计过程中出现的问题）通过本次实验，我对单片机的相关知识有了一定的认识和学习，通过对流水灯不同方式的控制，从中掌握了流水灯不同方式控制的原理，也学会了如何将