信息与通信学院课程设计---基于51单片机的流水灯.doc

课程设计论文题 目： 基于51单片机的流水灯 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 张翠萍 学 号： 1000220407 指导教师： 王岩红 职 称： 副教授 2012年 12 月16 第20 页 共 17页摘 要单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或者数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化。 本次课程设计中我主要采用STC89C51RC单片机作为控制主体，通过对编写程序代码实现用P0口来控制LED灯来显示出流水灯的效果。设计中辅以简单的设备和必要的电路，设计了一款流水灯最终达到预期的目的。关键字： STC89C51RC；流水灯； LED灯 Abstract Single-chip microcomputer control system can be replaced by complex electronic circuit or before digital circuit consists of the control system,Can control to realize software, and be able to realize intelligent. This course design I mainly use the STC89C51RC microcontroller as the control subjects, through to write the program code realization P0 mouth with to control LED lamp to display.The effect of flowing water light out. Design with simple equipment and the necessary circuit, design a kind of flowing water light finally achieved.The purpose of the expected.Keywords: STC89C51RC; Flowing water light; LED lights目 录引言31.所需知识点41.1 单片机概述4 1.1.1 单片机的定义4 1.1.2 单片机的发展4 1.1.3 单片机硬件概述4 1.1.4 单片机硬件结构41.2 Protel DXP软件51.3 KEILC51标准C编译器62.制作过程62.1 硬件电路设计62.1.1电路原理图的设计步骤6 2.1.2 51系统电路7 2.1.3 流水灯电路72.2 PCB的绘制82.2.1 PCB图设计步骤82.2.2 51系统的pcb图8 2.2.3 流水灯的pcb图92.3 软件编程设计9 2.3.1 Keil软件的使用方法9 2.3.2 流水灯程序122.4 元件的安装132.5 程序下载133.实物图143.1 实物正面图143.2 实物背面图144 结论14谢辞15参考文献16附录17引 言 单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术，把具有数据处理能力的微处理 器、随机存取数据存储器、只读程序存储器、输入输出电路、可能还包括定时计数器、 串口通信口、显示驱动电路，脉宽调制电路、模拟多路转换器及 A/D 转换器等电路集 成到一块芯片上， 构成一个最小而完善的计算机系统。 这些电路在软件的控制下准确、 迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务 LED小灯控制系统的设计方法，以STC-89C51RC单片机作为主控核心，与按键、排阻、电阻、电容等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对LED灯进行控制。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及成本低等优点。能够使led小灯轮流点亮。广泛应用于城市景观、风景名胜、道路桥梁、建筑轮廓、娱乐场所、户外广告、室内装饰等美化、亮化工程。1 所需知识点1.1 单片机的概述1.1.1 单片机的定义 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。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吧具有数据处理能力的中央处理器CPU(Central Processing Unit)、随机存储器RAM(Random Access Memory)、只读存储器ROM(Read Only Memory)、多种I/O口（Input/Output Ports）和中断系统、定时器、计数器等功能电路（可能还包括显示驱动器、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。1.1.2 单片机的发展 单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。1.1.3 单片机的硬件概述在单片机的应用中，以单片机芯片组建的一个能完成特定应用功能的已经箭组合实体，称为单片机的硬件系统。它能在我们为它所编制的程序下完成预定的任务。1.1.4 单片机的硬件结构 51单片机的组成： CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器）、I/O口(串口、并口）、内部总线 和中断系统等。组成框图如下： 内部结构如下：图 1-1 内部结构一图 1-2 内部结构二1.2 Protel DXP软件Protel DXP是将所有设计工具集成于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Protel DXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的融合，Protel DXP提供了全面的设计解决方案。Protel DXP的强大功能大大提高了电路板设计、制作的效率，它的“方便、易学、实用、快速”的特点，以及其友好的Windows风格界面，使其成为广大电子线路设计者首选的计算机辅助电路板设计软件。Protel DXP软件运行的推荐配置：操作系统Windows XPCPU主频Pentium 1.2GHz以上内存512MB RAM硬盘空间大于620MB硬盘空间显示器最低分辨率为12801024像素，32位真彩色显卡32MB显卡1.3 KEILC51标准C编译器KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强， 使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。 C51V7版本是目前最高效、灵活的8051开发平台。它可以支持所有8051的衍生产品，也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持其它第三方开发工具。本次课设中我使用KEILC51标准C编译器完成了程序的编写和编译。2 制作步骤2.1 硬件电路设计2.1.1电路原理图的设计步（1）创建一个工程文档：file,new,project,pcbproject（创建工程文档很重要，为后面原理图的检错，产生网络表和PCB设计奠定基础，否则不能进行PCB设计）；（2）创建一个原理图文件：file,new,schematic，并且保存全部文件；（3）设置图纸的大小：右击图纸，options,documentoptions,standardstyles选择图纸大小；（4）放置元件图符号：libraries,选择miscellaneousdevices原理图库，寻找原理图元件图符号，并且，注意元件的封装（一般都带有封装，没有的话，可以按TAB键进行选择合适的封装后再放置元件，这样每放一个元件，就有相应的封装了），可以先放置好一类符号元件，然后放另外一类的元件，直至一一放完所有的元件，例如，放置完所有的电阻元件等等）；在放置元件图符号时，对于已经装载的库中没有的，或找不到的元件，必须查找。查找元件图：点击原理图纸空白处，在弹出的下拉菜单中，选择findcomponent,在librariessearch中，输入要查找的元件名称，选中clearexistingquery,scope中，选择librariesonpath,path定位于安装2004的文件夹，按查找即可进行查找中；（5）给元件规划流水号（系统给元件自动编号，注意一般不手动编号，否则容易发生错误！）：tools,annotatequiet；（6）元件布局与电气连接：手工拖放布局。布局的优劣以方便电气连接为佳（电气连接有两种方式：用导线连接和NET连接。导线连接一定要从元件脚端点开始连线，连接不能重叠，否则会出来多余的点），放置导线与网络电气连接；(7)检查错误：右击原理图的空白处,在弹出的compileerrors卡上没有错误，说明编译通过。保存全部文档；(8)元件的选择，旋转，删除、排列和元件相关参数的修改等等在元件的布局或修改时，经常要用到；(9)产生网络表：design,netlistfordocument,protel.项目文件夹中可以看到网络表文件，打开，可以看到元件的说明与电路原理图的电连接网络情况；(10)保存并且打印输出原理图纸。设置时，可以充满整个A4纸打印；2.1.2 51系统电路 图2-1 51系统电路图2.1.3 流水灯电路图2-2 流水灯电路图在原理图中，让LED灯接AT89S51芯片的P0口，本次实验将会让这八个流水灯依次逐个闪动。2.2 PCB的绘制2.2.1 PCB图设计步骤（1）创建一个PCB文档：file,new,PCB,SAVEALL；（2）PCB参数设置（包括PCB板的尺寸，导线宽度和布线的层面-单面还是双面版）：右击PCB的空白处，选择options,boardoptions,选择测量单位；在keepoutlayer层，选择place,dimension,dimension画标尺的长度，以规划电路版的长宽大小，再选择place,line,画版的大小；再右击PCB的空白处，选择design,rules,在弹出的卡中点击routing,width进行设置连接导线的宽度，和布线板层的层数routinglayers，单面板，只选择bottomlayer,双面板，还要选择toplayer；（3）将原理图中各元件的电气连接关系，导入PCB文档中各元件封装的连接关系，为元件布局的连线提供保证。（4）将元件选中并拖入PCB板框内，检查元件的封装是否合适后，手工布局。布局时要用到元件封闭的选择、旋转、排列和封装的更换与查找。为布线提供良好的环境，使布线布通的概率提高，尽量少用跳线；（5）规划焊盘的大小与打孔孔径大小：选择相似的焊盘：右击该焊盘，findsimilarobjects,在弹出的卡中，在该焊盘尺寸的X和Y座标栏中选择SAME,点击OK，再在Inspector卡中，修改X和Y座标相关焊盘参数和holesize参数后，点击左键，系统即会对相关参数进行修改。再右击焊盘，选择filter,clearfilter；（6）手工布线：对哪层布线前，就要先选择该层后进行布线：interactivelyrouteconnections；（7）保存并且输出PCB板图；2.2.2 51系统的pcb图 图2-3 51系统的PCB图2.2.3 流水灯的pcb图图2-4 流水灯PCB图2.3 软件编程设计2.3,1 Keil 软件的使用方法进入 Keil C51 后，屏幕如下图所示。几秒钟后出现编辑界 图2-5 进入Keil C51后的编辑界面学习程序设计语言、学习某种程序软件，最好的方法是直接操作实践。下面通过简单的编程、调试，引导大家学习Keil C51软件的基本使用方法和基本的调试技巧。（1)建立一个新工程 单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选中New Project选项 图2-6 新建工程的界面（2）然后选择你要保存的路径,输入工程文件的名字,比如保存到C51目录里,工程文件的名字为C51。如下图所示,然后点击保存。 图2-7 保存路径的界面（3）这时会弹出一个对话框,要求你选择单片机的型号,你可以根据你使用的单片机来选择,keil c51几乎支持所有的51核的单片机,我这里还是以大家用的比较多的Atmel 的89C51来说明,如下图所示,选择89C51之后,右边栏是对这个单片机的基本的说明,然后点击确定. 图2-8 选择单片机型号的界面（4）完成上一步骤后，屏幕如下图所示 图2-9 完成选择界面到现在为止，我们还没有编写一句程序，下面开始编写我们的第一个程序。（5）在下图中，单击“File”菜单，再在下拉菜单中单击“New”选项 新建文件后屏幕如下图所示： 图2-10 新建文件界面此时光标在编辑窗口里闪烁，这时可以键入用户的应用程序了，但笔者建议首先保存该空白的文件，单击菜单上的“File”，在下拉菜单中选中“Save As”选项单击，屏幕如下图所示，在“文件名”栏右侧的编辑框中，键入欲使用的文件名，同时，必须键入正确的扩展名。注意，如果用语言编写程序，则扩展名为(.c)；如果用汇编语言编写程序，则扩展名必须为(.asm)。然后，单击“保存”按钮。 图2-11 选择扩展名界面（6）回到编辑界面后，单击“Target 1”前面的“”号，然后在“Source Group 1”上单击右键，弹出如下菜单图2-12 添加文件界面然后单击“Add File to Group Source Group 1” 屏幕如下图所示： 图2-13 选择添加文件界面选中Test.c，然后单击“Add”屏幕好下图所示：图2-14 添加文件成功界面2.3.2 流水灯程序延时实现P0口LED流水灯效果 （用循环移位指令） 连接方法： JP01（P0）和JP0(LED灯) 用8PIN排线连接起来#include /此文件中定义了51的一些特殊功能寄存器#include void delayms(unsigned char ms)/ 延时子程序unsigned char i;while(ms-)for(i = 0; i 120; i+);main()unsigned char LED1;unsigned char LED2;LED1 = 0x01;LED2=0x01; /0xfe = 1111 1110 while(1) while(P0!=0x00) P0=LED1; delayms(1000); LED1 = LED1 1; /循环右移1位，点亮下一个LED 为左移位 /if(P0 = 0x00 ) /LED = 0x01; / 0xfe = 1111 1110 LED2=0x01; P0=LED2; while(P0!=0x00) P0=LED2; delayms(1000); LED2 = LED2 1; LED1=0x01;P0=LED1; 2.4 元件的安装元件的安装堆一起的性能影响很大，不同的电路元件在排列时，有不同的要求。因此，要先理解电路图原理图，根据要求，将原件和李地安放在印制板上，再焊接。元件排列时，一般要注意以下几点：（1） 电阻，二极管（发光二级管除外）均采用水平安装，贴紧印制刷版。电阻的色环方向应该一致。（2） 插件装配美观，均匀，端正，整齐，不能斜歪，高矮有序。 2.5 程序下载程序的下载：由于制作的电路板时没有特别的设置线烧写程序的功能，所以程序我是通过HOT51单片机学习板下载程序到STC89C51RC单片机芯片当中，再把单片机芯片转移到我所制作的电路板当中，即实现了程序的间接下载。3 实物图3,1 实物正面图图3-1 实物正面图3.2 实物背面图图3-2 实物背面图4 结论通过这次的课程设计,让我复习了之前学习的关于单片机的知识及Protel99SE的制图过程，同时学习到了很多书本之外的知识以及认识到了很多问题。我意识到在做任何一件事一定要做好提前准备，就拿这才课设来说，我们就得在做板之前一定要预习和复习将要运用的知识，这次课设过程中我就是没有提前复习下Protel99SE的使用认为自己以前的所学到的知识足够了，但是结果发现还是不够的，由于Protel99SE软件使用不够熟练只能一边做一边翻看以前学习的笔记才最后完成了本次课设的制图。我还意识到了做完一件事情一定要及时坚持要不就会引起后面的工作一齐出错，在这个课设中我在印板前没对打印的PCB图进行检查，结果印上铜板上掀不开才知道打印PCB图时弄反