多按键花样流水灯设计.doc

课 程 设 计设计名称： 多按键花样流水灯 学年学期： 2011-2012学年第二学期 课程名称： 单片机原理及应用课程设计 专业年级： 09级电气工程及其自动化 姓名： 郑鹏飞 学号： 2009012194 提交日期： 2012年6月3号 成绩： 指导教师： 许景辉 多按键花样流水灯的设计摘要：自人类发明计算机以来，单片机技术在社会各领域中得到了广泛的应用。在流水灯控制系统中，单片机的作用更是发挥的淋漓尽致，成为此系统中的核心部分。利用单片机的可编程功能，软硬件结合，来控制LED的灯的开通关断，通过丰富多彩的花样变化，给人以不同的视觉效果，更是成为现代商业社会不可缺少吸引消费者的普遍手段。本文结合单片机的突出特点，着重介绍通过单片机来实现多按键花样流水灯的变化，主要包括其软件程序的编写、硬件电路的搭接、器件的选择，以及通过PROTEUS的仿真和PCB板的制作等。关键词: 单片机、可编程控制器、多按键花样流水灯、准确。目录前言3第一章设计目的和要求31.1 设计目的31.2 设计基本要求3第二章方案设计52.1 方案设计任务分析52.2硬件系统的设计要求52.2.1 主控系统62.2.2花样灯输入及中断控制模块62.2.3 花样灯输出控制部分72.2.4 时钟及复位部分电路82.3 软件总体设计122.3.1 程序设计流程图122.3.2 主程序12第三章 硬件设计163.1 80c51单片机163.2PCB板的生成17第四章 软件设计194.1 中断子程序194.2 跑马灯子程序194.3 流水灯子程序194.4戏水灯子程序204.5 延时子程序20第五章 操作说明215.1 跑马灯操作说明215.2 流水等操作说明215.3 戏水灯操作说明225.4 顺寻循环执行三种花样灯操作说明22结束语23参考文献24前言单片微型计算机简称单片机（single-chip microcomputer）,又称为单片机微型控制器（single-chip microcontroller）,是由CPU、RAM、ROM、定时/计时器、I/O接口电路通过应刷电路板上的总线连成一体的完整计算机系统。1从1971年出现单片机的雏形开始，短短四十多年的时间里，单片机便社会各领域中得到了广泛的应用在流水灯控制系统中，单片机更是取代了由齿轮调节延迟时间的旧式控制系统，成为日后此系统中的核心部分。由于单片机具有一些突出的优点：体积小、重量轻、电源单一、功耗低；功能强、价格低；数据大都在单片机内部传送，运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高，所以单片机被广泛的应用于测控系统、数据采集、智能仪器仪表、机电一体化产品、智能接口、计算机通信以及单片机的多级系统等领域。2本文主要讲的是单片机，课题名称为多按键花样流水灯，它使我们学会了如何使用单片机控制我们日常生活中的多设备设施的应用。通过本课题的设计以后，使我了解到了单片机的许多方面的应用。第一章 设计目的和要求1.1 设计目的1）掌握51系列单片机的基本硬件结构及工作原理；2）掌握51系列单片机的汇编语言及基本程序设计方法；3）学习并掌握使用51系列单片机开发控制系统的基本步骤及方法1.2 设计基本要求多按键花样流水灯采用80c51单片机为控制器件，用于日常商业店铺和商场的装饰，此花样流水灯共有四个按键，分别对应控制着四种花样灯光效果。当开关K1按下时，执行跑马灯程序，共8个LED逐次点亮，每隔100ms点亮一个LED，点亮100ms后关闭。当K1断开时所有的LED应该都熄灭；当开关k2按下时，执行流水灯程序，共8个LED逐次点亮，每隔100ms点亮一个LED，点亮100ms后下一个LED点亮，当所有LED灯全部点亮后，延时100ms，然后全灭；然后继续上次操作。当开关k2断开时所有LED灯都应熄灭；当开关K3按下时,执行戏水灯程序共8个LED，第一次1、3、5、7号灯点亮，延时100ms，关闭，延时100ms，2、4、6、8号灯点亮，延时100ms，关闭，延时100ms。然后继续上次操作。当开关k3断开时所有的LED应该熄灭；当k4按下时，则循环执行上述程序，一直到K4断开，所有的LED熄灭。第二章 方案设计2.1 方案设计任务分析采用标准80c51单片机作为控制器；采用P2口作为输出口控制八个LED的亮灭；P1口为输出口，P1.0,P1.1,P1.2,P1.3分别与四个开关K1,K2,K3,K4相连作为输入控制口，采用外部中断的控制方式控制各种花样灯的开通。采用以上结构，考虑到只有8个LED灯，所选单片机的I/O口完全够用，不需外部扩展。该系统具有电路简单，设计方便，显示亮度高，显示准确，耗电较少，可靠性高等特点。整个电路组成框图如图2-1所示。 图2-1 花样流水灯控制系统2.2硬件系统的设计要求多按键花样流水灯总的电路原理图如图2-2所示整套电路系统由控制系统模块、花样灯输出控制显示模块组成。图2-2 多按键花样流水灯总体电路图2.2.1 主控系统主控系统采用80c51单片机，单片机P1口用于开关控制输入，P2口用于控制输出花样灯花样变化，P3.2（）口用于外部中断外输入。2.2.2花样灯输入及中断控制模块如图2-3，花样灯输入控制模块由四个开关，电源，上拉电阻及四个二极管组成。各开关风别和相应的P1口相连于此同时通过二极管与P3.2（）口相连。当开关处于断开状态时，各开关所对应P1.N(N为0到3)口处于高电位状态，当开关闭合时，所对应得P1.N(N为0到3)口直接与地相连，便处于低电位状态，于此同时二级管也导通，使P3.2（）也经过二极管也直接与地相连，因此P3.2（）的电位便被拉升到低电位，引起外部中断。此处电路二极管的设置十分必要和关键，利用二极管的单向导电性使得任意开关按下时，不至使得P1.0-P1.3口发生短路，全部被拉到低电位，若无二极管按下任意开关时，四个开关的右端将同时处于低电位，这就使得程序不能准确判断到底是哪个开关闭合，从而就不能顺利执行相应的花样灯程序。图2-3 花样灯输入控制系统部分电路2.2.3 花样灯输出控制部分如图2-4，为花样灯输出控制部分电路图。图中共有八个发光二极管，其采用共阳极结构。输出信号从80c51单片机的P2口输出，每个P2.N(N从1-7)通过总线与其相对应一个发光二极管相连，发光二管与限流电阻相连，设置限流电阻的目的是限制流过发光二极管的电流大小，不至于使其因为热效应损坏。当P2.N(N从1-7)处于低电平的时候，与其相连的二极管便被点亮，通过对P2口的高低电平的控制便控制了发光二极管的点亮与熄灭。从而实现花样灯的变化。图2-4 花样灯输出部分电路2.2.4 时钟及复位部分电路时钟电路单片机本身如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作，电路应在唯一的时钟信号控制下，严格地按规定时序工作。而时钟电路就用于产生单片机工作所需要的时钟信号。80c51单片机时钟电路示意图如图2-5所示3图2-5 80c51时钟振荡电路示意图在80c51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容C1、C2形成反馈电路，可构成稳定的自激振荡器，振荡频率范围通常是1.212MHz。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机的运行速度也就快。4也可以由外部时钟电路向片内输入脉冲信号作为单片机的振荡脉冲。这时外部脉冲信号是经XTAL1引脚引入的，而XTAL2引脚悬空或接地。对外部信号的占空比没有要求，但高低电平持续的时间不应小于20ns。这种方式常用于多块芯片同时工作，便于同步。5其外部脉冲接入方式如图2-6所示。本课设由于只采用了一片单片机，所以采用单片机的内部时钟电路，其晶振频率为12MHZ,其电路图如图2-7所示。6图2-6 80c51外部时钟电路示意图图2-7 时钟部分电路示意图2.3 软件总体设计2.3.1 程序设计流程图图2-8 程序流程图2.3.2 主程序ORG 05b0hAJMP MAINORG 003H;外部中断0入口地址AJMP LOOPMAIN:SETB P3.2;外部中断置1SET BEX0;允许外部中断0CLR IT0;设置电平触发方式SETB EA;总中断允许SJMP $;等待中断LOOP:;判0转移到相应亮灯方式JNB P1.0,LIGHT1JNB P1.1,LIGHT2JNB P1.2,LIGHT3JNB P1.3,LIGHT4CLR EA;中断总禁止CLR EX0;禁止外部中断0MOV P2,#0FFH;P2口至高电位，关闭所有LEDQUIT: RETI;中断返回LIGHT1:;跑马灯程序（100ms）MOV P2,#0FFHMOV A,#0FEHLO1: MOV P2,ALCALL DELAYRL AJNB P1.0,LO1;开关闭合继续循环执行SJMP LOOP;返回到LOOP继续判断LIGHT2:;流水灯程序CLR P2.0;点亮P2.0口LCALL DELAYCLR P2.1LCALL DELAYCLR P2.2LCALL DELAYCLR P2.3LCALL DELAYCLR P2.4LCALL DELAYCLR P2.5LCALL DELAYCLR P2.6LCALL DELAYCLR P2.7LCALL DELAYMOV P2,#0FFH;P2口全部熄灭LCALL DELAYJNB P1.1,LIGHT2;若开关闭合则循环执行SJMP LOOPLIGHT3:;戏水灯程序MOV P2,#55H;点亮1,3,5,7号灯LCALL DELAY LCALL DELAYMOV P2,#0AAH;点亮2,4,6,8号灯LCALL DELAYLCALL DELAYJNB P1.2,LIGHT3SJMP LOOPLIGHT4:;顺序循环执行三种花样灯MOV P2,#0FFHMOV A,#0FEHLO: MOV P2,ALCALL DELAYRL AJB P2.7,LOLCALL DELAYCLR P2.0LCALL DELAYCLR P2.1LCALL DELAYCLR P2.2LCALL DELAYCLR P2.3LCALL DELAYCLR P2.4LCALL DELAYCLR P2.5LCALL DELAYCLR P2.6LCALL DELAYCLR P2.7LCALL DELAYMOV P2,#0FFHMOV P2,#55HLCALL DELAY;为观察到明显效果延时200msLCALL DELAYMOV P2,#0AAHLCALL DELAYLCALL DELAY JNB P1.3,LIGHT4LCALL LOOPDELAY: MOV R6,#200;延时100ms程序LOL1: MOV R7,#250LOL2: DJNZ R7,LOL2DJNZ R6,LOL1RET END第三章 硬件设计3.1 80c51单片机80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（PUSH）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。采用40引脚双列直插式DIP（Dual In Line Package），内有128个RAM单元及4K的ROM。80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。7图3-1 80c51结构图引脚是单片机和外界进行通信的通道连接点，用户只能通过引脚组建控制系统。从应用的角度来看，引脚的应用是单片机应用的一个重要基础。因此熟悉引脚是学习应用单片机的基础。 MCS-51系列单片机的引脚封装主要有： PDIP40、PLCC44和PQFP/TQFP44。不同封装的芯片其引脚的排列位置有所不同，但他们的功能和特性都相同。方形封装（PLCC44和POFP/TQFP44）有44引脚，其中4个NC为空引脚。采用40引脚PDIP封装的80C51单片机的引脚排列及逻辑符号如图3-2所示。8由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数量是有限的，但单片机为实现控制所需要的信号数目却远远超过其引脚数目。为解决这一矛盾，单片机的某些信号引脚被赋以双重功能。 图3-2 40引脚PDIP封装的80C51单片机的引脚排列及逻辑符号图3.2PCB板的生成完成电路原理图并封装好后，可由ISIS软件导出PCB板，在ARES 7软件中完成各个元器件的布局，布局好后采用自动布线，如图3-3所示，PCB板的3D效果如图3.4所示。图3-3 PC板图图3-4 PCB板3D效果图第四章 软件设计4.1 中断子程序LOOP:;判0转移到相应亮灯方式JNB P1.0,LIGHT1JNB P1.1,LIGHT2JNB P1.2,LIGHT3JNB P1.3,LIGHT4CLR EA;中断总禁止CLR EX0;禁止外部中断0MOV P2,#0FFH;P2口至高电位，关闭所有LEDQUIT: RETI;中断返回4.2 跑马灯子程序先让P2口全部为高电平，让后让P2.1口点亮，考虑到人眼的视觉暂停效应，延时100ms,在通过移位指令依次点亮别的口，没点亮一个灯延时100ms.LIGHT1:;跑马灯程序（100ms）MOV P2,#0FFH;送P2口MOV A,#0FEH;P1.0口送低电平，LED1点亮LO1: MOV P2,ALCALL DELAY;延时RL A;左移位JNB P1.0,LO1;开关闭合继续循环执行SJMP LOOP4.3 流水灯子程序依次点亮八个LED灯，没点亮一个延时100ms,当全部点亮时，延时100ms,关闭所有的LED灯，继续从头开始循环。LIGHT2:;流水灯程序CLR P2.0;点亮P2.0口LCALL DELAY;延时100msCLR P2.1LCALL DELAYCLR P2.2LCALL DELAYCLR P2.3LCALL DELAYCLR P2.4LCALL DELAYCLR P2.5LCALL DELAYCLR P2.6LCALL DELAYCLR P2.7LCALL DELAYMOV P2,#0FFH;P2口全部熄灭LCALL DELAYJNB P1.1,LIGHT2;若开关闭合则循环执行4.4戏水灯子程序先点亮1、3、5、7号LED延时100ms后关闭，再点亮2、4、6、8号LED，延时100ms后关闭，循环执行上述程序。LIGHT3:;戏水灯程序MOV P2,#55H;点亮1,3,5,7号灯LCALL DELAY LCALL DELAYMOV P2,#0AAH;点亮2,4,6,8号灯LCALL DELAYLCALL DELAYJNB P1.2,LIGHT34.5 延时子程序由于人眼的视觉有暂停效应，所以必须延时才能区分灯光的亮灭。考虑到实际效果本程序段延时100msDELAY: MOV R6,#200;延时100ms程序LOL1: MOV R7,#250LOL2: DJNZ R7,LOL2DJNZ R6,LOL1RET 第五章 操作说明5.1 跑马灯操作说明当按下K1时执行跑马灯程序；起执行效果如图跑马灯执行效果图5.2 流水等操作说明断开K1合上K2则执行流水灯程序，起执行效果如图流水灯执行效果图5.3 戏水灯操作说明断开K2合上K3则执行戏水灯程序，其执行效果如图戏水灯执行效果图5.4 顺寻循环执行三种花样灯操作说明断开K3合上K4则循环执行三种花样灯。结束语本次