单片机课程设计(节日彩灯控制)

中北大学信息商务学院单片机课程设计 第 1 页 共 10 页 1 1 引言引言 随着计算机 微电子 信息技术的快速进步 智能化技术的开发速度越来越快 智能度越来越高 应用范围也得到了极大的扩展 在海洋开发 宇宙探测 工农业生 产 军事 社会服务 娱乐等各个领域 在娱乐方面 场地的装饰离不开彩灯 在建 筑方面也采用彩灯来装饰高楼大厦 彩灯又灵活多变的点亮方式 装饰效果非常好 特别时晚上使得高楼大厦更加漂亮 是彩灯的应用才使得城市的夜景非常迷人 它集 中地运用了单片机 LED 自动控制等技术 是典型的基于单片机的电子产品 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 单片机由运算器 控制 器 存储器 输入输出设备构成 相当于一个微型的计算机 最小系统 和计算机相 比 单片机缺少了外围设备等 概括的讲 一块芯片就成了一台计算机 它的体积小 质量轻 价格便宜 为学习 应用和开发提供了便利条件 本文以 AT89C51 单片机为控制核心 采用模块化的设计方案 运用 LED 彩灯 按 键等组成电路 实现彩灯在开启时满足不一样的闪亮方法 按键可以在彩灯使用的时 候选择不同的亮法 使彩灯变化多样 键一可以使彩灯依次循环点亮 健二可以使彩 灯从左到又从右到左循环点亮 三号键使两端灭 中间亮 再对半交替亮 然后再奇 偶亮 通过按键能方便使用者选择不同样的亮法 2 2 设计任务与要求设计任务与要求 2 12 1 设计要求设计要求 单片机为核心 设计一个节日彩灯控制器 P1 2 开始 按此键则灯开始流动 由上而下 P1 3 停止 按此键则停止流动 所有灯为暗 P1 4 上 按此键则灯由上向下流动 P1 5 下 按此键则灯由下向上流动 1 21 2 设计思路设计思路 由按键控制功能的流水灯 LED工作的方式通过键盘的扫描实现 其中的LED采取 共阳极接法 通过依次向连接LED的 口送出低电平 可实现题目要求的功能 根 据设计任务要求介绍的彩灯控制电路的基本组成 可以确定彩灯控制器应由振荡电路 计数 时序分配电路 移位位寄存器和彩灯显示五部分组成 其框图如图1 1所示 中北大学信息商务学院单片机课程设计 第 2 页 共 10 页 振荡电路 控 制 电 路 译 码 器 LED 显示 电路 计 数 器 图 1 彩灯循环控制器硬件框图 1 31 3 电路设计 电路设计 ProteusProteus 仿真通过 仿真通过 本节日彩灯控制器电路原理图 如下图所示 各按键功能与实验设计要求相同 2 代码设计代码设计 代码使用 keil uvision4 软件编辑 并编译为 HEX 文件 中北大学信息商务学院单片机课程设计 第 3 页 共 10 页 ORG0000H AJMPSTART ORG0030H START MOVP0 0FFH MOVA 0FEH JNBP1 2 LOOP JNBP1 3 LOOP1 JNBP1 4 LOOP2 JNBP1 5 LOOP3 AJMPSTART LOOP MOVP0 A LCALLDEL JNBP1 3 LOOP1 RLA AJMPLOOP LOOP1 MOVP0 0FFH JNBP1 4 LOOP2 JNBP1 5 LOOP3 AJMPLOOP1 LOOP2 JNBP1 2 LOOP JNBP1 3 LOOP1 JNBP1 5 LOOP3 MOVP0 A LCALLDEL RLA AJMPLOOP2 中北大学信息商务学院单片机课程设计 第 4 页 共 10 页 LOOP3 JNBP1 2 LOOP JNBP1 3 LOOP1 JNBP1 4 LOOP2 MOVP0 A LCALLDEL RRA AJMPLOOP3 DEL MOVR5 02H DEL1 MOVR6 0F0H DEL2 MOVR7 0F0H DEL3 DJNZR7 DEL3 DJNZR6 DEL2 DJNZR5 DEL1 RET END 3 3 AT89C51 单片机结构单片机结构 AT89C51 是一种低功耗 低电压 高性能的八位 CMOS 单片机 片内有一个 4KB 的 FLASH 可编程可擦除只读存储器 FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory 它采用了 CMOS 工艺和 ATMEL 公司的高密度非易失性存储器技术 而且 其输出引脚和指令系统都与 MSC 51 兼容 片内置通用 8 位中央处理器 CPU 和 FLASH 存储单元 片内的存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程 因此 AT89C51 是一种功能强 灵活性高且价格合理的单片机 可方便的应用于各种控 制领域 3 13 1 主要特性主要特性 1 与 MCS 51 产品指令系统兼容 2 4K 字节可编程闪烁存储器 3 寿命 1000 写 擦循环 4 数据保留时间 10 年 5 全静态工作 0Hz 24Hz 6 三级程序存储器锁定 中北大学信息商务学院单片机课程设计 第 5 页 共 10 页 7 128 8 位内部 RAM 8 32 可编程 I O 线 9 两个 16 位定时器 计数器 10 6 个中断源 11 可编程串行通道 12 低功耗的闲置和掉电模式 另外 AT89C51 是用静态逻辑来设计的 其工作频率可下降到零并提供两种软件的 省电方式 空闲方式和掉电方式 在空闲方式中 CPU 停止工作 在掉电方式中 片内 振荡器停止工作 由于时钟被 冻结 使一切功能都暂停 只保存片内 RAM 中的内 容 直到下次硬件复位为止 3 23 2 管脚说明管脚说明 VCC 40 供电电压 其工作电压为 5V GND 20 接地 P0 端口 P0 0 P0 7 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 P1 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 端口 P1 0 P1 7 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 被内部上拉为高电平 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 端口 P2 0 P2 7 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 端口 P3 0 P3 7 P3 口管脚是一个带有内部上拉电阻的 8 位的双向 I O 端口 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 作为输入端时 由于外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口 如下表 1 所示 表 1 P3 端口引脚兼用功能表 中北大学信息商务学院单片机课程设计 第 6 页 共 10 页 端口引脚 P3 0 P3 1 P3 2 P3 3 P3 4 P3 5 P3 6 P3 7 第二功能 RXD 串行输入口 TXD 串行输出口 外中断0 T1 定时 计数1 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通 外中断1 T0 定时 计数0 1INT 0INT WR RD P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 复位RST 9 复位输入 在振荡器运行时 有两个机器周期 24个振荡周期 以上的高电 平出现在此引脚时 将使单片机复位 只要这个脚保持高电平 51芯片便循环复位 复位后 P3 0 P3 7口均置1 引脚表现为高电平 程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零 当复 位脚由高电平变为低电平时 芯片为ROM的00H处开始运行程序 复位操作不会对内部 RAM有所影响 ALE 30 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PROG 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 29 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指令期间 每个机器周PSEN 期两次有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的信号将不出现 PSENPSEN EA VPP 31 当保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H EA EA FFFFH 不管是否有内部程序存储器 注意加密方式1时 将内部锁定为RESET EA 当端保持高电平时 此间内部程序存储器 在FLASH编程期间 此引脚也用于施加12V EA 编程电源 VPP XTAL1 19 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 18 来自反向振荡器的输出 其引脚图如图3 1所示 中北大学信息商务学院单片机课程设计 第 7 页 共 10 页 图 2 2 AT89C51 引脚图 4 4 ProteusProteus 仿真仿真 加载目标代码文件 打开元器件单片机属性窗口 在 Program File 栏中添加上面编 译好的目标代码文件 keil 1 hex 在 Clock Frequency 栏中输入晶振频率为 12MHz 启动仿真如下页图所示 P1 2 开始 按此键则灯开始流动 由上而下 中北大学信息商务学院单片机课程设计 第 8 页 共 10 页 P1 3 停止 按此键则停止流动 所有灯为暗 P1 4 上 按此键则灯由上向下流动 中北大学信息商务学院单片机课程设计 第 9 页 共 10 页 P1 5 下 按此键则灯由下向上流动 5 5 结论结论 经过几天的努力 终于完成了本学期的单片机课程设计 过程虽是辛苦的 但从 中我学到了很多东西 首先巩固了课上学习的理论知识 对于计算机汇编语言的系统 化整体化有了更深的认识 在编写程序的过程中遇到了很多困难经过反复修改不断修 正最终才能得以执行 再次是经过搜集资料基本了解了 proteus 软件的使用 整个设计 过程最大的收获就是意识到理论知识扎实的重要性 实践是建立在理论之上的 中北大学信息商务学院单片机课程设计 第 10 页 共 10 页 参考文献参考文献 1 何立民 单片机与嵌入式系统应用