单片机课程设计.doc

课程设计说明书 第12页花样流水灯的设计摘 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，正以前所未有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本设计通过对器件选择和线路连接，即硬件电路来进行分析讨论，结合相应的软件设计，达到相应的设计要求，最终完成花样流水灯的设计。通过本次课程设计，我们更进一步的了解单片机的自动的控制功能。关键字：LED 单片机 自动控制 花样流水目 录1绪论11.1课题描述11.2基本工作原理及框图12相关芯片及硬件电路设计12.1AT89C51芯片功能特性12.2复位电路42.3晶振电路62.4 流水灯电路7总 结10致 谢11主要参考资料121绪论1.1课题描述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，正以前所未有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。1.2基本工作原理及框图本课题设计的流水灯由单片机AT89C51，74LS164组成，从而在不同的时间让不同的LED闪亮，从而完成流水的效果，基本工作原理图如下所示。图1基本工作原理框图2相关芯片及硬件电路设计2.1AT89C51芯片功能特性AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。它有如下特点： 与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路它的外形及引脚排列如图2所示。图2 AT89C51单片机引脚图AT89C51的引脚介绍：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2复位电路单片机的复位有上电复位和按钮手动复位两种。如图4所示为上电复位电路，图3所示为上电按键复位电路。上电复位是利用电容充电来实现的，即上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。图2-12 (a)中的R是施密特触发器输入端的一个10K下拉电阻，时间常数为1010-610103=100ms。只要VCC的上升时间不超过1ms，振荡器建立时间不超过10ms，这个时间常数足以保证完成复位操作。上电复位所需的最短时间是振荡周期建立时间加上2个机器周期时间，在这个时间内RST的电平应维持高于施密特触发器的下阈值。图.3 按键手动复位电路图4 自动上电复位电路上电按键复3所示。当按下复位按键时，RST端产生高电平，使单片机复位。复位后，其片内各寄存器状态见下表，片内RAM内容不变。表1 片内寄存器状态表寄存器内容寄存器内容PC0000HTCON00HACCOOHTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P30FFHSCON00HIP000000BSBUF不定IE0000000BPCON00000BTMOD00H由于单片机内部的各个功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序运行直接受程序计数器PC指挥。表2-3中各寄存器复位时的状态决定了单片机内有关功能部件的初始状态。另外，在复位有效期间（即高电平），80C51单片机的ALE引脚和引脚均为高电平，且内部RAM不受复位的影响。2.3晶振电路晶振是晶体振荡器的简称，在电器上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振。AT89C51单片机内部有一个用于构成真的能振荡器的高增益反向放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器，外界晶体振荡器以及电容C2和C3构成并联谐振电路接在放大器的反馈回路中，对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡频率的高低，振荡器的稳定性，起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz。电容尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为30uF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好的保障振荡器稳定和可靠的工作。晶体振荡器有一个重要参数，那就是负载电容，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。图5晶振电路2.4 流水灯电路图6流水灯电路图图7程序流程图程序如下：ORG 0000HAJMP STARTORG 0030HSTART: MOV SCON,#0 设置串行口工作方式0 MOV 30H,#01H 8字节待传输数据 MOV 31H,#02H MOV 32H,#04H MOV 33H,#08H MOV 34H,#16 MOV 35H,#32 MOV 36H,#64 MOV 37H,#128 MOV R0,#30H R0做数据指针 MOV R2,#8 R2做计数器LOOP: MOV A,R0 MOV SBUF,A 开始发送数据LO: JNB TLLO 检查发送完标志位 CLR T1 ACALL DELAY 延时 INC R0 发送下一个字节 DJNZ R2,LOOP SJMP STARTDELAY: MOV R7,#3DD1: MOV R6,#0FFH DD2: MOV R5,#0FFH DJNZ R5,$ DJNZ R6,DD2 DJNZ R7,DD1 RETEND总 结经过最近多日的努力，终于将本次课程设计流水灯做完了，但由于水平有限，文中肯定有很多错误和不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处，使我能做出改正，我会虚心接受。在本次课程设计过程中，我增强了自己的动手能力和分析能力。通过跟老师和同学的交流，也通过自己的努力，我按时完成了本次课程设计。在此过程中，我学会了很多电子元器件的基本知识，也看到了很多自己的不足之处。在以后的学习生活中，我会努力学习专业知识，完善自我，为将来的发展做好充分的准备。总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，了解了电子信息工程专业的一些发展方向，懂得了理论和实际联系的重要性。在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢固，更要提高自己的动手能力和分析能力，将自己所学的知识充分的运用到自己的生活学习中去，做到学有所用，用有所依，从而全面发展自己。致 谢主要参考资料 1 胡汉才单片机原理与接口技术M北京：清华大学出版社