单片机LED流水灯设计.doc

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。3.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 ；程序结束基于AT89S51单片机的交通灯信号控制器设计(含源程序和电路图)设计一个基于单片机的交通灯信号控制器。已知东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯，在东西方向有两个数码管，在南北方向也有两个数码管。要求交通灯按照表1进行显示和定时切换，并要求在数码管上分别倒计时显示东西、南北方向各状态的剩余时间。表1 交通灯的状态切换表南北方向 东西方向 序号 状态 序号 状态 1 绿灯亮25秒，红、黄灯灭 1 红灯亮30秒，绿、黄灯灭 2 黄灯亮5秒，红、绿灯灭 3 红灯亮30秒，绿、黄灯灭 2 绿灯亮25秒，红、黄灯灭 3 黄灯亮25秒，红、绿灯灭 回到状态1 回到状态1 3.2.1模块1:系统设计（1）任务分析与整体设计思路试题要求实现的功能主要包括计时功能、动态扫描以及状态的切换等几部分。计时功能：要实现计时功能则需要使用定时器来计时，通过设置定时器的初始值来控制溢出中断的时间间隔，再利用一个变量记录定时器溢出的次数，达到定时1秒中的功能。当计时每到1秒钟后，东西、南北信号灯各状态的暂存剩余时间的变量减1。当暂存剩余时间的变量减到0时，切换到下一个状态，同时将下一个状态的初始的倒计时值装载到计时变量中。开始下一个状态，如此循环重复执行。动态扫描：需要使用4个数码管分别显示东西、南北的倒计时数字，将暂存各状态剩余时间的数字从变量中提取出“十位”和“个位”，用动态扫描的方式在数码管中显示。整个程序依据定时器的溢出数来计时，每计时1S则相应状态的剩余时间减1，一直减到0时触发下一个状态的开始。 （2）单片机型号及所需外围器件型号，单片机硬件电路原理图图3-5 交通灯硬件电路原理图选用MCS51系列AT89S51单片机作为微控制器，选择两个四联的共阴极数码管组成8位显示模块，由于AT89S51单片机驱动能力有限，采用两片74HC244实现总线的驱动，一个74HC244完成共阴极数码管位控线的控制和驱动，另一个74HC244完成数码管的7段码输出，在7段码输出口上各串联一个100欧姆的电阻对7段数码管限流。用P3口的P3.0-P3.5完成发光二极管的控制，实现交通灯信号的显示，每个发光二极管串联500欧姆电阻起限流作用。硬件电路原理图如图3-5所示。（3）程序设计思路，单片机资源分配以及程序流程单片机资源分配单片机P3口的P3.0-P3.1引脚用作输出，控制发光二极管的显示。在计时模块中，需要定义两个数组变量（init_sn3，init_ew3)来存储东西、南北两个方向在不同状态中倒计时的初始值，题目中每个方向的交通灯共有3种显示状态，因此数组元素个数为3。还需要定义两个变量( cnt_ sn, cnt_ ew)暂存东西、南北两个方向的倒计时剩余时间。 在状态的切换中，为了明确当前处于哪种状态，东西、南北方向各设置一个状态变量(state_val_sn, state_val_ew),当倒计时的剩余时间到零时，状态变量增1，表示启动下一个状态，当该变量增到3时变为0，回到序号为1的状态。 程序设计思路在设计中，由于没有键盘功能，因此只涉及定时计数和动态扫描功能。主程序将变量初始化之后，设置单片机定时器和中断特殊功能寄存器的初始值，将定时器T1的工作方式设置为8位自动装载模式，定时器每隔250us产生一次溢出。在初始化变量与寄存器后，主程序进入一个循环结构，在循环中只做动态扫描的工作，根据东西、南北两向的剩余时时间进行动态扫描显示。 计时以及状态的切换通过定时器的中断服务程序来实现，在中断服务程序中，每计时到一秒时，则各方向当前状态的剩余时间减1，一直减到0时触发下一个状态的开始，改变交通灯的指示。 程序流程（4）软硬件调试方案 软件调试方案：伟福软件中，在“文件新建文件”中，新建C语言源程序文件，编写相应的程序。在“文件新建项目”的菜单中，新建项目并将C语言源程序文件包括在项目文件中。 在 “项目编译”菜单中将C源文件编译，检查语法错误及逻辑错误。在编译成功后，产生以 “*.hex”和“*.bin” 后缀的目标文件。硬件调试方案：在设计平台中，将单片机的P3.0-P3.5分别与独立式键盘的相应位通过插线连接起来。在伟福中将程序文件编译成目标文件后，运行“MCU下载程序”，选择相应的flash 数据文件，点击“编程”按钮，将程序文件下载到单片机的Flash中。然后，上电重新启动单片机，检查所编写的程序是否达到题目的要求，是否全面完整地完成试题的内容。3.2.2 程序设计（仅供参考的C语言源程序）/晶振：11.0592M T1-250微秒溢出一次/*变量的定义: show_val_sn,show_val_ew: 显示的值0-59 state_val_sn,state_val_ew: 状态值 南北方向0-绿灯亮;1-黄灯亮;2-红灯亮 T1_cnt: 定时器计数溢出数 cnt_sn,cnt_ew: 倒计时的数值 init_sn3,init_ew3 倒计时 led_seg_code：数码管7段码*/#include reg51.hsbit SN_green=P32 ;/南北方向绿灯sbit SN_yellow=P31 ;/南北方向黄灯sbit SN_red=P30 ;/南北方向红灯sbit EW_green=P35 ;/东西方向绿灯sbit EW_yellow=P34 ;/东西方向黄灯sbit EW_red=P33 ;/东西方向红灯unsigned char data cnt_sn,cnt_ew;unsigned int data T1_cnt;unsigned char data state_val_sn,state_val_ew;char code led_seg_code10=0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;char code init_sn3=24,4,29;char code init_ew3=29,24,4;/-void delay(unsigned int i)/延时 while(-i); /-void led_show(unsigned int u,unsigned int v) unsigned char i; i=u%10; /暂存个位 P0=led_seg_codei; P2=0xbf; delay(100); /延时 i=u%100/10; /暂存十位 P0=led_seg_codei; P2=0x7f; delay(100); /延时 i=v%10; /暂存个位 P0=led_seg_codei; P2=0xfe; delay(100); /延时 i=v%100/10; /暂存十位 P0=led_seg_codei; P2=0xfd; delay(100); /延时/-void timer1() interrupt 3 /T1中断 T1_cnt+; if(T1_cnt3999) /如果计数3999, 计时1s T1_cnt=0; if (cnt_sn!=0) /南北方向计时 cnt_sn-; else state_val_sn+; if (state_val_sn2) state_val_sn=0; cnt_sn=init_snstate_val_sn; switch (state_val_sn) /根据状态值，刷新各信号灯的状态 case 0: SN_green=0 ;/南北方向绿灯 SN_yellow=1 ;/南北方向黄灯 SN_red=1 ;/南北方向红灯 break; case 1: SN_green=1 ;/南北方向绿灯 SN_yellow=0 ;/南北方向黄灯 SN_red=1 ;/南北方向红灯 break; case 2:SN_green=1 ;/南北方向绿灯 SN_yellow=1 ;/南北方向黄灯 SN_red=0 ;/南北方向红灯 break; if (cnt_ew!=0) /东西方向计时 cnt_ew-; else state_val_ew+; if (s