LED流水灯设计-电子设计结业论文

1 电子设计结业论文电子设计结业论文 课程设计实验报告 实验课题实验课题 LED 霓虹灯设计霓虹灯设计 姓名姓名 学号学号 班级班级 指导老师指导老师 2 目目 录录 第一章第一章 设计概述设计概述 3 1 1 设计任务设计任务 3 1 2 设备器材设备器材 3 第二章第二章 硬件设计方案硬件设计方案 3 2 1 设计思想设计思想 3 2 2 硬件选择硬件选择 4 2 3 AT89C52 单片机介绍单片机介绍 4 2 4 硬件逻辑图硬件逻辑图 7 2 5 设计连线设计连线 8 2 6 仿真电路图仿真电路图 8 第三章第三章 软件设计方案软件设计方案 8 3 1 软件设计思想软件设计思想 8 3 2 程序流程图程序流程图 9 第四章第四章 调试及运行结果调试及运行结果 10 第五章第五章 设计心得与体会设计心得与体会 10 参考资料参考资料 11 源程序清单源程序清单 11 3 第一章第一章 设计概述设计概述 1 1 设计任务设计任务 设计内容 利用汇编语言 或 C 语言 实现 8 个单色 LED 灯的左 右循环 显示 并实现循环的速度可调 选用芯片 8255 等 注注 由于实验室的没有提供 8255 芯片 所以改用单片机完成此实验 并且添加 了调节灯明暗的功能 以实现明暗可调 1 2 设备器材设备器材 在本设计中 所用到的设备器材如下所示 1 计算机一台 2 唐都仪器实验箱一台 3 AT89C52 单片机一片 4 导线若干 第二章第二章 硬件设计方案硬件设计方案 2 1 设计思路设计思路 本课题需要用按钮开关实现流水灯的左右循环显示 调速 控制亮度的功 能 可以选用五个开关来实现这些操作 单片机正在软件运行下通过不断扫描 开关状态 来将相关操作对应量送入单片机的输入端口 然后判断属于哪一类 操作 五个开关分别为 K1 K2 K3 K4 K5 分别控制流水灯的调向 加速 减速 变亮 变暗 在设计过程中 接开关的端口要全部保持高电平 当按下一个开关时 输 入一个低电平 即为状态改变信号 不能同时有两个端口同为高电平 在设计中我主要负责了用云脉冲宽度调制 PWM 波控制 LED 灯的亮度 环节 开始对 PWM 并不是很了解 通过请教同学和查阅相关资料 渐渐明白 了其中的原理 在主程序运行时通过中断方式调整其输出电压的占空比 从而 改变灯泡的亮度 原理是这样的 主程序的始终频率和中断的始终频率并不相 同 大约是中断的一千倍 LED 灯在移动时如果响应了中断 则在执行中断程 序时 LED 灯近似看做没有移动 此时在中断程序中设计一个初值和一个上限 4 当计数到初值时置灯泡灭掉 在计数到上限之前小灯泡都是熄灭的 到达上限 后回 0 并置灯泡为亮 继续计数 在到设定的初值时置小灯泡为灭掉 这样 在主程序的一个周期内 中断程序将小灯泡置明置暗了近一千次 通过改变设 定的初值可以改变小灯泡的亮度 2 2 硬件选择硬件选择 本实验选用 AT89C52 单片机 五个按键开关和 8 个发光二极管 其中 AT89C52 为控制核心 当 5 个开关的状态改变时 单片机检测到开关信号后就 通过软件输出控制发光二极管 2 3 AT89C52 单片机介绍单片机介绍 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 的内部结构图如下 5 引脚图如下 引脚功能说明 P0 口 P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I O 口 也即地址 数据总 线复用口 作为输出口用时 每位能吸收电流的方式驱动8 个 TTL 逻辑 门电路 对端口 P0 写 1 时 可作为高阻抗输入端用 访问外部数据存 储器或程序存储器时 这组口线分时转换地址 低8 位 和数据总线复用 在访问期间激活内部上拉电阻 在 Flash 编程时 P0 口接收指令字节 而在程序校验时 输出指令字 节 校验时 要求外接上拉电阻 P1 口 P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 的输出缓 6 冲级可驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口写 1 通 过内部的上拉电阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为内部存在上拉电阻 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 IIL 与 AT89C51 不同之处是 P1 0 和 P1 1 还可分别作为定时 计数器 2 的外 部计数输入 P1 0 T2 和输入 P1 1 T2EX 参见表 1 Flash 编程和程序校验期间 P1 接收低 8 位地址 表 P1 0 和 P1 1 的第二功能 P2 口 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 的输出 缓冲级可驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口 P2 写 1 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使 用时 因为内部存在上拉电阻 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 IIL 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器 例如执行 MOVX DPTR 指令 时 P2 口送出高 8 位地址数据 在访问 8 位地址 的外部数据存储器 如执行 MOVX RI 指令 时 P2 口输出 P2 锁存器 的内容 Flash 编程或校验时 P2 亦接收高位地址和一些控制信号 P3 口 P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P3 口输 出缓冲级可驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对 P3 口写入 1 时 它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口 此时 被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流 IIL P3 口除了作为一般的 I O 口线外 更重要的用途是它的第二功能 引脚号功能特性 P1 0T2 时钟输出 P1 1T2EX 定时 计 数器 2 7 P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高 电平将使单片机复位 ALE PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁 存允许 输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节 一般情况下 ALE 仍以 时钟振荡频率的 1 6 输出固定的脉冲信号 因此它可对外输出时钟或用于定 时目的 要注意的是 每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲 对 Flash 存储器编程期间 该引脚还用于输入编程脉冲 PROG 如 有必要 可通过对特殊功能寄存器 SFR 区中的 8EH 单元的 D0 位置位 可禁止 ALE 操作 该位置位后 只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活 此外 该引脚会被微弱拉高 单片机执行外部程序时 应设置 ALE 禁止位无效 PSEN 程序储存允许 PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信号 当 AT89C52 由外部程序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两次 PSEN 有效 即输出两个脉冲 在此期间 当访问外部数据存储器 将跳过 两次 PSEN 信号 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 地址为 0000H FFFFH EA 端必须保持低电平 接地 需注意的是 如果加密 位 LB1 被编程 复位时内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平 接 Vcc 端 CPU 则执行内部程序存储器中的指令 Flash 存储器编程时 该引脚加上 12V 的编程允许电源 Vpp 当然这 必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp XTAL1 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 2 4 硬件连接框图硬件连接框图 单片机从开关上提取不同输入信号 进行相应的软件操作 反映输出在发 光二极管上 8 2 5 设计连线设计连线 本实验的连线为 开关使用唐都试验箱上的 5 个开关 分别接到单片机的 P2 0 P2 4 口 然后发光二极管分别接到单片机的 P1 0 P1 7 口 2 6 实验仿真电路图实验仿真电路图 第三章软件设计方案第三章软件设计方案 3 1 软件设计思想软件设计思想 开关 输入 AT89C52 单片机 流水灯 9 一个完整的系统仅有硬件是不够的 还要有软件的配合 软件和硬件对一 个系统来说都是不可或缺的 本实验采用 C 语言编程 在具体设计中 通过 GetKey 函数来不停的扫描开关的状态 通过 KeyProcess 来确定输入的信 号 即按键的位置 从而执行不同的子程序内容 实现 LED 灯的控制 3 2 程序流程图程序流程图 10 第四章第四章 调试及运行结果调试及运行结果 通过设计和编写程序代码 讲程序通过 Keil 软件编译后生成的 hex 文件写 进 AT89C52 中 便可操作 为当拨动相应的开关时 看 LED 灯的变化 调试过程中问题很多 主要原因是对单片机结构的不熟悉 其次就是程序 中的一些问题 但通过努力 都被一一解决 实际接线前我们先用 protues 仿真 了一下实验结果 确认无误后接线 这样提高了调试的时间 第五章第五章 心得体会心得体会 经过四次的上机课程设计 在我和 同学的共同努力下 顺利的完成了任 务 并在其中体现了自己的独创部分 同时我感觉自己学到了很多 首先是要 把理论和实际相结合起来 从理论中得出结论 然后再实践 从而提高自己的 实际动手能力和独立思考问题的能力 在设计的过程中遇到了很多的问题 也 发现了自己的不足之处 首先是之前对单片机并不十分了解 通过借阅书籍 找同学咨询慢慢的开始对其有了初步的认识 其次是一些相关软件的用法 这 个通过自己慢慢的摸索也逐渐熟悉了起来 特别是 protues 的使用 它给了我们 很大的帮助 帮助我们解决了很多调试过程中的问题 在者是对 PWM 波的使 用 这个问题很是伤到筋 因为之前对其并不了解 从熟悉到使用我们查阅了 很多资料 请教了同学 最后终于掌握了 同时也是设计更完善 此课程设计让我加深理解了所学的理论知识 并进一步建立了计算机应用 系统的整体概念 初步掌握了单片机软 硬件开发方法 为以后进行实际的单 片机软 硬件应用开发奠定了良好的基础 这对下学期单片机的学习会有很大 的帮助 也使我对单片机产生了兴趣 这次课程设计的顺利完成 离不开学长 同学和知道老师的帮助 特别是 PWM 波的运用 也是学长给我们提出的建议 在此感谢老师和学长的无私帮 助 11 附录一附录一 参考文献参考文献 1 单片机原理及其接口技术 胡汉才 编著 北京 清华大学出版社 2 MCS 51 单片机原理及应用 张毅刚 编著 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 3 51 单片机 C 语言应用程序设计 实例精讲 第二版 戴佳 刘博文 编著 电子工业出版社 附录一附录一 C 语言程序清单语言程序清单 程序名 可控流水灯 功能 实现流水灯的方向 速度 亮度控制 硬件 P2 接开关 P1 接 LED include include sbit K1 P2 0 方向 sbit K2 P2 1 加速 sbit K3 P2 2 减速 sbit K4 P2 3 加亮 sbit K5 P2 4 变暗 unsigned char Speed LED unsigned int tCount 0 unsigned char Idx 速度取值索引 bit Dirtect 1 滚动方向 char duty 10 占空比 unsigned int code sTable 0 1 3 7 9 15 30 50 100 200 230 280 300 350 调速表 void InitTimer0 Timer1 void void delay unsigned int x unsigned char i while x for i 0 i1 Speed sTable Idx break 加速 case 3 if Idx 20 duty 20 break 加亮 case 5 duty if duty 0 duty 1 break 变暗 void main void unsigned char Key P1 P2 0 xFF Idx 4 Speed sTable Idx IP 0 x02 中断优先级 InitTimer0 Timer1 LED 0 xfe P1 LED while 1 Key GetKey if Key 0 KeyProcess Key 13 定时器 0 和定时器 1 初始化 void InitTimer0 Timer1 void TMOD 0 x20 TH1 0