闪烁灯控制系统

闪闪 烁烁 灯灯 控控 制制 系系 统统 河南工院河南工院 院系 电气工程系院系 电气工程系 班级 电气班级 电气 1001 指导教师 赵阳指导教师 赵阳 第第 1 1 章章 概述概述 3 3 1 1 设计的目的及意义 3 1 2 单片机的概述与应用 3 第第 2 2 章章 设计原理设计原理 4 4 2 1 设计要求与基本思路 4 2 2 设计方案选择 5 2 3 设计框图 5 第第 3 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计 7 7 3 1 时钟电路 7 3 2 扩展电路 8 第第 4 4 章章 程序设计程序设计 9 9 4 1 程序设计思路与流程图 9 4 2 程序清单与代码 11 4 3 程序调试 12 第第 5 5 章章 原件明细表原件明细表 1313 总结总结 1414 参考文献参考文献 1515 第第 1 章章 概论概论 1 1 设计的目的与意义 随着单片机的问世和飞速发展 掀起了计算机工程应用的一场新革命 使计算机控制技术广泛的应用于工业控制系统 自动测试系统 数据采集系统 智能仪表 智能家电以及各类功能模块等广泛领域 它已经成为实现许多控制 系统的常规性工具 本次的课程设计使我们把所学的知识和实践结合起来 是 对平时学习成果的检验 使我们对所学的单片机知识有了系统全面的理解和认 识 锻炼了我们查阅资料和设计开发的初步能力 为以后的学习和工作奠定了 基础 竞争日益剧烈的今天 当代大学生不仅需要扎实的理论知识 还需要过硬 的动手能力 作为自动化专业的学生 更应该熟练掌握各种电路编辑软件 作 为专业必需的技能更要及时地对这一类软件的更新版本进行学习 其日趋强大 的功能是对我们专业技能的补充 闪烁灯控制系统是简易的单片机控制系统 作为课程设计课题 通过实际 程序设计和调试 逐步掌握块化程序设计方法和调试技术 通过课程设计 掌 握一单片机核心的电路设计的基本方法和技术 了解有关电路参数的计算方法 通过完成一个包括电路设计和程序设计开发的完整过程 了解开发单片机应用 系统的全过程 通过本次设计对单片机应用上有一个初步的了解 增强自我的 动手 动脑能力 以及发现问题 解决问题 总计经验教训的能力 为以后走 向工作岗位 以及更高更远的发展打下坚实的基础 1 2 单片机概述与应用 单片机是将 CPU 存储器 定时 计数器以及 I O 接口等主要部件集成在一 块芯片上的微型计算机 单片机是单片微机 Single Chip Microcomputer 的简 称 但准确反映单片机本质的名称应是微控制器 目前国外已经普遍称之为微 控制器 鉴于他完全作嵌入式应用 故又称为嵌入式微控制器 单片微机从体系结构到指令系统都是按照嵌入式应用特点专门设计的 它能 最好地满足面对控制对象 应用系统的嵌入 现场的可靠运行以及非凡的控制 品质等要求 自从 20 世纪 70 年代推出单片机以来 作为微型计算机的一个分支 单片机 经过 30 多年的发展 已经在各行各业得到了广泛的应用 由于单片机具有可靠 性高 体积小 干扰能力强 能在恶劣的环境下工作等特点 具有较高的性价 比 因此广泛应用于工业控制 仪器仪表智能化 机电一体化 家用电器等 1 工业控制 工业设备如机床 锅炉 供水系统 生产自动化 自动报 警系统 2 智能设备 用单片机改造普通仪器如 仪表 读卡器 医疗器械 3 家用电器 如高档洗衣机 电冰箱 微波炉 电视 音响 手机 空 调器 4 商用产品 如自动售货机 电子收款机 电子秤 第第 2 章章 设计原理设计原理 2 1 设计要求与基本思路 1 通过累加器 A 给 P1 口送二进制数 驱动八个发光二极管 低电 平发光 高电平熄灭 2 编写延时一秒的子程序 DELAY 可通过软件定时 也可通过与定 时器中断配合来实现 3 调用 DELAY 延时程序 4 送 0FFH 给 P1 口 使发光二极管熄灭 再调用 DELAY 延时程序 使发光二极管闪烁 5 送闪烁次数 20 给寄存器 R0 通过 DJNZ 指令 配合 DELAY 延时程 序 实现发关二极管闪烁 当闪烁十次后结束循环 6 执行 RR 循环右移 指令 指向下一个二极管 重复第 5 步 7 当 8 个发光二极管从左至右依次闪烁完毕后 执行 RL 循环左移 指令 重复第 5 步 使二极管从右至左一次循环闪烁 8 当从右至左循环结束后 重复第 6 步 循环闪烁 由于在起初的硬件中选择了共阳的二极管接法 所以通过给 P1 口输送低 电平 0 就可以使二极管发光 输送高电平 1 可使二极管熄灭 单片机中的定时器有四种工作方式 由于工作方式 0 和工作方式 1 计数溢 出后 计数器都全为 0 因此 循环定时或循环计数应用时就存在反复设置计 数初值的问题 这不但影响精度 而且也给程序设计带来了不便 于是 选择 工作方式 2 它具有自动更新重新加载功能 即自动加载计数初值 在这种方 式下 把 16 位计数器分为两部分 即 TL 作计数器 TH 作预置寄存器 初始化 时把初值分别装入 TL 和 TH 中 为了能够清晰的看见二极管闪烁 选择定时器 定时 500us 再通过配合 DJNZ 指令来实现延时 0 5s 的定时 由于 DJNZ 中操作 数的范围不能达到 1000 所以选择两条 DJNZ 指令 一次置 100 一次置 5 依 次循环就可达到要求 2 2 设计方案选择 在做本次课程设计时 用到了 8051 单片机 由于其程序存储器是掩膜 ROM 其编程是由半导体制造厂家完成的 即在生产过程中进行编程 当掩膜 ROM 制造完成后 用户不能更改其内容 因此 选择了型号为 27256 32KB 的 EPROM 作为它的程序存储扩展 同时 EA 引脚必须有效 方可访问外扩程序存储 器 在引脚的连接时 8051 单片机的 PSEN 引脚须接 EPROM 的 OE 端 当 PESN 有效时 允许读出 EPROM 中的指令码 同时 ALE 接 74LS373 译码器 的 G 引脚 当 CPU 访问片外存储器时 ALE 输出信号作为锁存低 8 位地址的 控制信号 以实现低位地址和数据的隔离 因此 其程序存储器扩展图如图 2 所示 单片机的复位操作有上电自动复位和按键自动复位两种方式 上电复位是 通过外部复位电路的电容充电来实现的 电容 C1 选择 10uf 电阻选择 10K 这样 只要电源 VCC 的上升时间不超过 1ms 就可实现上电复位 即接通电源 就完成了系统的复位初始化 时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号 在 MCS 51 系列单片机芯 片外部 X1 和 X2 之间跨接晶体振荡器和微调电容 从而构成一个稳定的自激 振荡器 这就是单片机的时钟电路 电容器 C2 和 C 通常 3 取 30pf 对振荡频 率有微调作用 选择振荡频率为 12MHZ 的石英晶体 2 3 设计框图 1 2 3 4 5 6 7 8 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 220 220 220 220 220 220 220 220 VCC X2X1 Y1 12MHZ C2 C3 30PF 30PF GND GND RSTEA VCC GND 10K C1 10uf VCC P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 P0 0 P0 7 P3 0 P3 7 P2 0 P2 7 ALE PSEN 8051 图 1 闪烁灯控制设计硬件接线图 第第 3 章章 硬件电硬件电 3 1 时钟电路 图 2 8051 内部时钟电路 图 3 8051 外部时钟电路 扩展电路 外扩程序存储器的空间地址 是由 P2 口提供高八位地址 P0 口分时提供低 8 位地址和用作 8 位双向数据总线 在设计硬件接线时 使 27256 芯片的片选 信号 CE 始终保持有效 低八位 A0 A7 通过 74LS373 译码器连接 P1 口 高七 位 A8 A14 连接 P2 0 P2 6 具体连接如图 2 所示 因此其地址范围位 0000H 7FFFH 其程序存储扩展图如图所示 8051 P2 0 P2 7 P0 0 P0 7 ALE PSEN A0A7 GND A0 A14 0E D0D7 D0D7 0E 74LS373 27256 VCC 5V CE EA G A7A8 图 4 8051 程序存储扩展图 第四章第四章 程序设计程序设计 4 1 程序设计思路与流程图 闪烁灯分 8 个发光二极管 从左到右闪烁 或者从右到左闪烁 均呈现一 个亮 而其余全灭的现象 8 个灯有 8051 统一控制 其亮灯条件说明表如下 表 1 闪烁灯灯亮的条件说明表 P1 7P1 6P1 5P1 4P1 3P1 2P1 1P1 0说明 L8L7L6L5L4L3L2L1 11111110L1 11111101L2 11111011L3 11110111L4 11101111L5 11011111L6 10111111L7 01111111L8 流程图的绘制为编程提供了便利 通过对控制要求的理解而绘制的流程图 可以让我们对控制过程更加熟悉并且编程的进行也变得有据可寻 流水灯控制 设计的流程图如图所示 开始 R0 10 R2 8 设置中断 等待中断 执行中断程序 二极管发光 调用DELAY程序 二极管闪烁 R0 1 R0 R2 1 R2 R0 0 R2 0 RR A二极管发光 调用DELAY程序 二极管闪烁 R0 1 R0 R2 1 R2 R0 0 R2 0 RL A 是 否 是 否 是 否 否 是 图 5 闪烁灯流程图 include 51 系列单片机定义文件 define unsigned char 定义无符号字符 void delay unsigned char i 声明延时函数 void main char i char temp while 1 temp 0 x01 for i 0 i 8 i 8 个流水灯逐个闪动 P1 temp delay0 2s 调用延时函数 temp 1 temp 0 x80 for i 0 i 1 void delay0 5s unsigned char I TMOD 0 x00 For i 0 i 0 x64 i TH1 0 x3c TLI 0 xb0 While TF1 TF1 0 蜂鸣器报警 4 3 程序调试 将编好的程序写入 单片机外部电源等调试完成后按下 P1 可以看到发光 二极管从左到右一次点亮 并且每个二极管再点亮到熄灭的时间维持在 0 5 秒 左右 P8 点亮又熄灭后 P8 再次点亮 然后按 P8 P1 的顺序再依次点亮 如此 循环 紧急情况下 按 P3 1 时扬声器发出响声 约 5 秒后停止 第五章第五章 原件明细表原件明细表 220 电阻 8 个 10K 电阻 1 个 普通发光二极管 8 个 10 F 电容 1 个 30 F 电容 2 个 12MHZ 晶振 1 个 8051 芯片 1 个 扬声器 1 个 导线 若干 数据线 电源 总结总结 此次单片机课程设计 我感慨颇多 从理论到实践 在这些日子里 可以 说得是苦多于甜 但是可以学到很多很多的的东西 同时不仅可以巩固了以前 所学过的知识 而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识 通过这次课程 设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的 只有理论知识是远远不够的 只有把所学的理论知识与实践相结合起来 从理论中得出结论 才能真正为社 会服务 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力 发现 提出 分析 解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学 习 工作和生活中 设计过程 好比是我们人类成长的历程 常有一些不如意 但毕竟这是第一次做 难免会遇到各种各样的问题 在设计的过程中发现了自 己的不足之处 对以前所学过的知识理解得不够深刻 掌握得不够牢固 我们 通过查阅大量有关资料 并在同学间互相讨论 交流经验和自学 若遇到实在 搞不明白的问题就会及时请教老师 使自己学到了不少知识 也经历了不少艰 辛 但收获同样巨大 通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处 虽 然感觉理论上已经掌握 但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑 经过 一番努力才得