课程设计（论文）-基于单片机的流水灯设计.doc

基于单片机的流水灯设计学 院： 专 业： 指 导 老 师： 姓 名： 班 级： 学 号：年 月 日 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。 This age is a new technology emerge in endlessly era, in the electronic field especially automation intelligent control field, the traditional schism components or digital logic circuit, is composed of control system with unprecedented speed was replaced by microcontroller intelligent control system. SCM has small, strong function, low cost, etc, it can be said that wide application, intelligent control and automatic control core is the microcontroller.关键词：LED 单片机 控制系统 流水灯目录1前言1.1 设计概述 （2）1.2 设计主要功能 （2）2. 硬件组成2.1.0 80C51单片计算机的组成原理（3）2.1.1组成框图及内部总体结构（3）2.1.2寄存器和存储器（4）2.1.3 单片机各口及其负载能力、接口要求 （5）2.1.4 MCS51单片机的引脚功能（8）2.步进电机 （11）2.2.1 步进电机的控制原理 （11）2.2.2 分类 （11）2.2.2.1 反应式步进电机 （11）2.2.2.2 感应子式步进电机 （12）3. 软件编程 3.1 双相三拍控制程序 （16）3.2 三相六拍控制程序 4. 结语5. 课程设计体会6 参考文献 前言学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，现在我把单片机流水灯设计作为一个毕业课程设计，需要更深的去了解单片机的很多功能，努力的去查找资料，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。硬件组成按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，具有丰富的内部资源：4kB闪存、128BRAM、32根I/O口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口，具有4.255.50V的电压工作范围和024MHz工作频率，使用AT89C51单片机时无须外扩存储器。因此，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。其具体硬件组成如图1所示。图1 流水灯硬件原理图从原理图中可以看出，如果要让接在P1.0口的LED1亮起来，那么只要把P1.0口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄灭，就要把P1.0口的电平变为高电平；同理，接在P1.1P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。在此我们还应注意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“流水”效果了。软件编程单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能看到流水灯循环点亮的现象，我们还需要告诉单片机怎么来进行工作，即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的一亮一灭。软件编程是单片机应用系统中的一个重要的组成部分，是单片机学习的重点和难点。下面我们以最简单的流水灯控制功能即实现8个LED灯的循环点亮，来介绍实现流水灯控制的几种软件编程方法。3.1位控法这是一种比较笨但又最易理解的方法，采用顺序程序结构，用位指令控制P1口的每一个位输出高低电平，从而来控制相应LED灯的亮灭。程序如下：ORG 0000H ；单片机上电后从0000H地址执行AJMP START ；跳转到主程序存放地址处ORG 0030H ；设置主程序开始地址START：MOV SP，#60H ；设置堆栈起始地址为60HCLR P1.0 ；P1.0输出低电平，使LED1点亮ACALLDELAY ；调用延时子程序SETBP1.0 ；P1.0输出高电平，使LED1熄灭CLR P1.1 ；P1.1输出低电平，使LED2点亮ACALLDELAY ；调用延时子程序SETBP1.1 ；P1.1输出高电平，使LED2熄灭CLR P1.2 ；P1.2输出低电平，使LED3点亮ACALLDELAY ；调用延时子程序SETBP1.2 ；P1.2输出高电平，使LED3熄灭CLR P1.3 ；P1.3输出低电平，使LED4点亮ACALLDELAY ；调用延时子程序SETBP1.3 ；P1.3输出高电平，使LED4熄灭CLR P1.4 ；P1.4输出低电平，使LED5点亮ACALLDELAY ；调用延时子程序SETBP1.4 ；P1.4输出高电平，使LED5熄灭CLR P1.5 ；P1.5输出低电平，使LED6点亮ACALLDELAY ；调用延时子程序SETBP1.5 ；P1.5输出高电平，使LED6熄灭CLR P1.6 ；P1.6输出低电平，使LED7点亮ACALLDELAY ；调用延时子程序SETBP1.6 ；P1.6输出高电平，使LED7熄灭CLR P1.7 ；P1.7输出低电平，使LED8点亮ACALLDELAY ；调用延时子程序SETBP1.7 ；P1.7输出高电平，使LED8熄灭ACALLDELAY ；调用延时子程序AJMP START ；8个LED流了一遍后返回到标号START处再循环DELAY： ；延时子程序MOV R0，#255；延时一段时间D1： MOV R1，#255DJNZ R1，$DJNZ R0，D1RET ；子程序返回END ；程序结束3.2循环移位法在上个程序中我们是逐个控制P1端口的每个位来实现的，因此程序显得有点复杂，下面我们利用循环移位指令，采用循环程序结构进行编程。我们在程序一开始就给P1口送一个数，这个数本身就让P1.0先低，其他位为高，然后延时一段时间，再让这个数据向高位移动，然后再输出至P1口，这样就实现“流水”效果啦。由于8051系列单片机的指令中只有对累加器ACC中数据左移或右移的指令，因此实际编程中我们应把需移动的数据先放到ACC中，让其移动，然后将ACC移动后的数据再转送到P1口，这样同样可以实现“流水”效果。具体编程如下所示，程序结构确实简单了很多。ORG 0000H ；单片机上电后从0000H地址执行AJMP START ；跳转到主程序存放地址处ORG 0030H ；设置主程序开始地址START：MOV SP，#60H ；设置堆栈起始地址为60H MOV A，#0FEH ；ACC中先装入LED1亮的数据（二进制的11111110）MOVP1，A ；将ACC的数据送P1口MOVR0，#7 ；将数据再移动7次就完成一个8位流水过程LOOP： RL A ；将ACC中的数据左移一位MOV P1，A ；把ACC移动过的数据送p1口显示ACALL DELAY ；调用延时子程序DJNZ R0，LOOP ；没有移动够7次继续移动 AJMP START ；移动完7次后跳到开始重来，以达到循环流动效果DELAY： ；延时子程序MOV R0，#255；延时一段时间D1： MOV R1，#255DJNZ R1，$DJNZ R0，D1RET ；子程序返回END ；程序结束3.3查表法上面的两个程序都是比较简单的流水灯程序，“流水”花样只能实现单一的“从左到右”流方式。运用查表法所编写的流水灯程序，能够实现任意方式流水，而且流水花样无限，只要更改流水花样数据表的流水数据就可以随意添加或改变流水花样，真正实现随心所欲的流水灯效果。我们首先把要显示流水花样的数据建在一个以TAB为标号的数据表中，然后通过查表指令“MOVCA，A+DPTR”把数据取到累加器A中，然后再送到P1口进行显示。具体源程序如下，TAB标号处的数据表可以根据实现效果的要求任意修改。ORG 0000H ；单片机上电后从0000H地址执行AJMP START ；跳转到主程序存放地址处ORG 0030H ；设置主程序开始地址START：MOV SP，#60H ；设置堆栈起始地址为60HMOV DPTR，# TAB ；流水花样表首地址送DPTRLOOP： CLR A ；累加器清零MOVC A，A+DPTR ；取数据表中的值CJNE A，#0FFH，SHOW；检查流水结束标志AJMP START ；所有花样流完，则从头开始重复流SHOW： MOV P1，A ；将数据送到P1口ACALL DELAY ；调用延时子程序INC DPTR ；取数据表指针指向下一数据AJMP LOOP ；继续查表取数据DELAY： ；延时子程序MOV R0，#255 ；延时一段时间D1： MOV R1，#255DJNZ R1，$DJNZ R0，D1RET ；子程序返回TAB： ；下面是流水花样数据表，用户可据要求任意编写DB 11111110B ；二进制表示的流水花样数据，从低到高左移DB 11111101BDB 11111011BDB 11110111BDB 11101111BDB 11011111BDB 10111111BDB 01111111BDB 01111111B ；二进制表示的流水花样数据，从高到低右移DB 10111111BDB 11011111BDB 11101111BDB 11110111BDB 11111011BDB 11111101BDB 11111110BDB 0FEH，0FDH，0FBH，0F7H ；十六进制表示的流水花样数据DB 0EFH，0DFH，0BFH，7FHDB 7FH，0BFH，0DFH，0EFHDB 0F7H，0FBH，0FDH，0FEHDB 0FFH ；流水花样结束标志0FFHEND ；程序结束这里需要说明的是，按汇编语法要求，所编制的程序（下称源程序）之格式和书写要求必须依下列原则： 1、源程序必须为纯文本格式文件，如用Windows“附件”中的“记事本”编写的文本文件或用UltraEdit文本编辑器编辑；2、源程序的扩展名应是 *.ASM； 3、一行只能写一条语句，以回车作为本句的结束，每一语句行长度应少于80个字符（即40个汉字）。4、每行的格式应为：标号： 命令 参数 ；注释 。即一行由四部份组成，各部份的顺序不能搞错，依实际要求可以缺省其中的一部份或几部份，甚至全部省去，即空白行。需要使用标号时标号后面必须有“：”（冒号），而命令语句和参数之间必须用空格分开，如果命令有多个参数，则参数与参数之间必须用“，”（逗号）分开，需要注释时注释前必须用“；”（分号），“；”后面的语句可以写任何字符，包括汉字用于解释前面的汇编语句，它将不参与汇编，不生成代码。由于汇编程序对我们还不直观，所以在编写源程序时，应当养成多写注释的习惯，这样有助于今后源程序的阅读和维护。 标号是标志程序中某一行的符号名，编译后标号的数值就是标号所在行代码的地址。在宏汇编ASM51中标号的长度不受限制，但标号中不能包含：或其它的一些特殊符号，也不能用汉字，可以用数字作标号，但必须用字母开头。当标号作参数用（如标号作转移地址），在命令后面出现时，必须舍去：（如上面程序中的 AJMP START中的START是不能再有：）。每行只能有一个标号，一个标号只能用在一处，如果有两行用了同一个标号，则汇编时就会出错。由于标号的长度没有限制，可以用有意义的英文或汉语拼音来说明行，使源程序读起来更方便。在源程序中的字母不区分大小写，也就是说 start 和 START 是一样的，请不要用大小写方式去区分不同的标号。 我们知道了汇编语言程序的规则，现在就动手编辑源程序吧。马上启动Keil单片机集成开发环境，建立新工程liu01.UV2，将上面的源程序liu01.asm导入到工程中，设置好Keil工程的编译参数，编译得到HEX格式的目标文件liu01.hex，用 ISP编程器 将目标文件liu01.hex烧写到AT89S51单片机中，接下来就是将烧写好的AT89S51从编程器上取下，放到“ S51增强型单片机实验板 ”上通电，我们就看到了LED1LED8的流水效果了。到此，我们做的流水灯已成功，工作原理也清楚啦，若你完全掌握了上面程序，那么你就可以将“流水灯”的流向改变一下，可以将从左向右流改为从右向左流，也可以改为两边向内流、内部向外流.，我想你一定能用前面学到的方法实现这些功能。可能有些高手说，前面的编程方法是最最笨的！不错！但初学单片机初期可以不必讲究语言的简练，只要能实现预先要求就好，最主要的是学好基本指令（111条）的用法，清楚各个指令的功能，这是初学者要知道的。那么还有更好的编程思路吗？当然有！请跟随站长继续学习下面的内容。在前面学习的程序中我们让LED流水是去逐个控制P1端口的每个位来实现的，因此程序显得有点复杂，下面我们就采用新的思路来编程。新的编程思路如下：我们在程序一开始就给P1口送一个数，这个数本身就让P1.0先低，其他位为高，然后让这个数据向高位移动不就实现“流水”效果啦？的确如此！8051指令中没有让P1数据移动的指令，但有对累加器ACC中数据左移或右移的指令，ACC在指令中常写为A，累加器A数据左移指令为RLA，累加器数据右移指令为RRA，累加器在数据传输和数据处理过程中作用十分重要，累加器ACC为8位。他可与片内所有单字节寄存器交换数据，实际上P1和其他端口在单片机中也是一个寄存器。这样我们可以将需移动的数据先放到ACC中，让其移动，然后将ACC移动后的数据再转送到P1口，这样同样可以实现“流水”效果。下面程序就是采用新的编程思路源程序liu02.asm。实现8个LED流水灯汇编语言程序 liu02.asm;- 主程序开始 -START:MOV ACC,#0FEH ;ACC中先装入LED1亮的数据（二进制的11111110） MOV P1,ACC ;将ACC的数据送P1口 MOV R0,#7 ;将数据再移动7次就完成一个8位流水过程 LOOP: RLA ;将ACC中的数据左移一位MOV P1,A ;把ACC移动过的数据送p1口显示ACALL DELAY ;调用延时子程序DJNZR0,LOOP ;没有移动够7次继续移动 AJMPSTART ;移动完7次后跳到开始重来，以达到循环流动效果;- 延时子程序 -DELAY:MOV R0,#255 ;延时一段时间D1: MOV R1,#255DJNZR1,$DJNZR0,D1RET ;子程序返回END ;程序结束接下来，我们将上述程序编译，并烧写到实验芯片中，放到实验板上可以看到程序的流水效果是一样的，但源程序看起来更加简洁，直观。其实8051单片机有111条指令，有的指令常用，有的指令不常用，只要遵守语法规则，你可以用这些指令“组合”成你想象到