4x4单片机89C51彩灯控制设计.doc

一 实验目的：3二 实验内容和要求：31 内容：32 要求3三 实验主要的仪器设备和材料：31. 设备：PC机，电烙铁等。32. 单片机最小系统和下周线购物清单：3四 方案设计与选择41. 方案的设计：42. 方案的选择：43. 硬件方案：44. 软件方案7五. 调试过程：9六运行结果:9 七 实验思考题：10八 实验心得体会：10九 实验实物照片：.11实验项目名称：材料成型计算机应用综合实验实验项目性质：综合性一 实验目的：1 掌握单片机的开发和应用2 巩固和加深单片机和计算机控制原理这些已学过的知识3 掌握自身动手能力和解决实际问题的能力4 提高学生的创新和综合能力。二 实验内容和要求：用AT89S52芯片控制彩灯(流水灯)图形。AT89S52单片机上电时控制由发光二极管组成的图形有规律地不停闪烁；当按下按钮时彩灯图形全灭，而继电器工作吸合（控制220V 30W灯泡亮）5秒。5秒后返回彩灯闪烁。1 要求 (1) 设计并绘制硬件电路图（包括含强电控制部分，做实物板时强电部分可省略）； (2)焊接元器件； (3) 编写程序并将调试好的程序固化到单片机中。硬件（电路图，元器件布置，排线，焊接）及硬件（程序设计，编写）均由同学们自己完成。程序编写进行调试，调试成功后将程序烧录到单片机内。通过检查你的系统是否正确运行，如果不行，要找出问题并解决之。三 实验主要的仪器设备和材料：1. 设备：PC机，电烙铁等。2. 单片机最小系统和下周线购物清单：表3001 单片机最小系统和下载线购物清单名称数量名称数量AT89S5211K排阻640针IC座110K 1K 电阻各5只晶振 12MHz1104 电容220PF电容2按键24148二极管1继电器（线圈额定电压DC5V触点负载3A 220V AC）1电解电容10uF 25V1万能印刷电路板160x125mm1三极管C8550（NPN型）1锡焊丝1扎10针插座（与USPISP 下载器插头配接）16V 五号电池电池盒1连接线若干发光二级管自定（30只，多不限、需要不同的颜色）USB ISP下载器25号电池4四方案设计与选择1. 方案的设计：本设计思路是：利用单片机对整个系统进行总体控制，进行显示要显示的图形。即AT89S52单片机上电时控制由发光二极管组成的图形有规律地、反复地不停闪烁，以引脚输出来控制彩灯的亮灭，并由程序控制不同形式。 方案：使用发光二级管围成4X4阵列，通过延时1S显示1个图形的设计，总共显示8个图形然后反复循环，此间没有进行音乐添加。2. 方案的选择：根据我们的能力和时间及目前的实际条件，由于时间和工具有限，我们选择了比较简单的方案，就时间来说，因为只有不足的4天，对于在这方面没什么概念的学生来说难度有点大，还有程序都花了两天来想，就这一点所以我们选择比较简单的方案。3. 硬件方案：1）.设计思想 硬件方案的设计思想主要是根据我们所需的效果设计的，还综合考虑了各元器件的排布和实物板的大小和我们的实际，再就是为了符合本次实验的要求最终确定的。2) . 阐述工作原理 ：本彩灯显示采用AT89C52单片机作控制器,12MHZ晶振，4X4彩灯点阵，其中P1口作为图形数据输出口，第31脚（EA）接电源，P2.1口接晶体管控制继电器，P3.2口接按钮开关。XTAL1、XTAL2晶振。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常第规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位（1）二极管发光（彩灯）电路；从上图中可以看出，4X4点阵共需要16个发光二级管组成，且每个发光二级管是放置在行线和列线的交叉点上，两个二级管并联，总共有8个并联分别接P0的相应接口。当某一P0口置0低电平时，则相应的两并联的二级管就亮；因此实现相应的亮法。（2）AT89S52的时钟电路；从图上可知AT89S52芯片内有一个高增益的放大器，用于构成振荡器。放大器的输入为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容可稳定频率并对振荡器有微调作用。震荡脉冲频率范围为fosc=12MHz，震荡信号从XTAL2端输入到片内时钟发生器上，来协助单片机各个部件正常协调地工作。（3）继电器控制电路当AT89S52单片机的P2.1引脚输出低电平时，三极管T饱和导通，5V电源加到继电器线圈两端，继电器吸合，同时状态指示的发光二极管也点亮，继电器的常开触点闭合，相当于开关闭合。2、当AT89S52单片机的P2.1引脚输出高电平时，三极管T截止，继电器线圈两端没有电位差，继电器衔铁释放，同时状态指示的发光二极管也熄灭，继电器的常开触点释放，相当于开关断开。（4）硬件电路图4. 软件方案4.1程序流程图；4.2程序清单；ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HLJMP SERVE0; 按钮按下后延长时间5SORG 0060HMAIN: SETB EX0SETB EAMOV DPTR,#TABLE; 将图形数据存入ROM中LOOP1:MOV R0,#00H; R0存放TABLE的偏移值，每次加1LOOP:CLR AMOV A,R0MOVC A,A+DPTRCJNE A,#01H,LOOP2SJMP LOOP1LOOP2:MOV P1,A; 将数据写入P1口中显示图形LCALL DELAYINC R0;R0； 加1转到下一个图形AJMP LOOPDELAY: MOV R7,#64H;DELAY ;彩灯每个图形延长时间为1S L3:MOV R5,#14H L1:MOV R6,#0FFH L2:DJNZ R6,L2 DJNZ R5,L1 DJNZ R7,L3RETSERVE0: PUSH ACCPUSH PSWCLR P2.1 MOV P1,#0FFH MOV R7,#050H ; 晶振12MHZ，延时DELAY1:MOV TMOD,#01H ; 设置定时器的工作方式为方式1MOV TL0,#0B0H ; 给定时器设置计数初始值MOV TH0,#3CHSETB TR0 ; 启动定时器HERE:JBC TF0,NEXT1SJMP HERENEXT1:MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CHDJNZ R7,HERECLR TR0 ; 定时器要软件清零SETB P2.1; 关闭继电器POP PSW POP ACCTABLE: DB 0F0H,0FH,0AH,05FH; 图形数据DB 0F5H,0FAH,0F6H,0F9HDB 00H,01HEND五调试过程；1.原材料的选择与采购 单片机我们采用了AT89C52,此单片机的使用和外围连接见硬件系统的电路设计原理说明。三极管驱动采用PNP型的，晶振是12MHZ，电源为+5V的电压。外中断的等待用的是单片机的P3.2口，按键是轻触开关。1）.原理图的构思。首先在草稿纸上画好原理图，然后准备好各种元件，准备组装电路板。2.元件的焊接。元件焊接的时候要先查看跳线，首先焊接所有的跳线，其次再焊接分离元件，最后焊接集成块和外接的引线。4）.电路的整体组装。焊接好各元件和导线之后，完善导线布局，完成电路板的整体组装。3）.整体检查。查看是否有断线和虚焊，控制部分功能是否正常等。2.软件的调试首先把设计好的程序在KEIL软件编译无误完成之后，为了保险，我们还用Proteus7.5来设计仿真实验，通过修改和验证，最终在Proteus上面也成功实现了设想的功能。图4 - Proteus软件调试界面3.硬件系统的调试电路系统接上电源之后，对各个电路用万用表进行全面检查，首先检查单片机的电源供电情况，供电正常。再检查显示部分的电源供电情况，LED两端的电压也是正常的。六运行结果:当我们把程序烧入芯片是发现灯全亮而且没有跳动，按下复位键灯的图形没有变化，按下控制继电器按钮，与继电器相连的灯没有亮，且5S前后灯一直亮。对上这种问题，我们就判断是电路问题，于是我们就依次发现RST键接错、三极管e极和b极接反、继电器端没有接地，于是我们就将错的电路修正，在4X4彩灯点阵中依次显示所要显示的图形，当按下按钮式，继电器工作5S同时彩灯熄灭5S，5S后继电器停止工作同时彩灯再次显示图形，显示正常。七思考题：1. P0口作为输出口使用时应注意哪些问题？答：当P0口作为输出口使用时,来自CPU的写入脉冲加在D锁存器的CP端,内部总线上的数据写入D锁存器,并向端口引脚P0.x输出.但要注意,由于输出电路是漏极开路(因为这时上拉场效应管截止),必须外接上拉电阻才能有高电平输出.2. 若单片机I/O口控制强电设备（例如控制220V的电灯）应如何处理？答：利用继电器或者是使用双向可控硅来控制强电设备，如过直接控制强电设备肯定会烧坏芯片，只有通过I/O口直接控制继电器或者双向可控硅间接控制强电设备，避免烧坏芯片。八 实验心得体会为期五天的材料成型计算机应用综合实验的课程设计，不仅考验我们的动脑能力，还考验了我们的动手能力。有了idea，还得有实施的可能性，务实，给了我们最深的感触。课程设计有序的进行，分工也较明确，大家主动参与的积极性也高。结合设计内容和要求，通过熟悉各个元件，了解他们的使用，功能，型号等等，我们商讨了总的方案：软件编写由黄华海和陈仲瑞负责，并用keil生成程序文件，电路图由陈泽雄用autoCAD规划，电路板焊接由陈铭福负责，proteus仿真由陈远扬和陈群完成。心得和实验报告分别由一个人书写，如果哪一方有问题都是集体商榷讨论完成。由于考虑到电路板的空间布局，彩灯程序的复杂程度和实验时间等等因素，我们决定了一个比较容易上手的方案，彩灯的布局为4*4方阵，闪烁规律为交叉，圆圈，对边闪烁，单边闪烁，共三种彩灯。实验过程也遇到了较多的问题，程序中主程序用的是调用延时子程序软件定时的方法，中断用的是硬件定时方法，主程序编写较顺利，遇到瓶颈的是终端定时程序的书写和keil软件的熟悉，在这方面，我们耗掉了较多的时间。画电路图，连线问题较纠结，毕竟焊接电路图是以这为参照的，也会遇到CAD制图问题，仿真proteus软件使用较复杂，焊接遇到的主要是操作不是很规范，会烧坏连接线表皮和电路板等等，通过温故课本知识，结合老师给的资料，链接网上资源，以上问题都得以解决，多渠道多角度多多方位思考，让我们得以最终完成。每一次实验，每一次集体的合作都会让我们收获颇多，协调，分工，参与度等等都会考验着我们。相信，每一次的学习都会让们成长很多。很感动的就是，指导老师还早早来到我们宿舍，为我们解答疑问，这更是激发了我们的热