单片机课程设计LED流水灯.docx

目录第一章 LED流水灯介绍11.1 课题介绍11.2 课题研究的目的和意义1第二章 LED流水灯的控制要求22.1 LED的控制要求22.2 LED的总体结构图2第三章 LED流水灯控制方案33.1 LED流水灯控制流程图33.2 LED流水灯工作流程4第四章 芯片介绍54.1 AT89S51单片机54.2集成稳压器78056第五章 重点控制电路分析75.1晶振电路的分析75.2电压转换分析75.3 复位电路85.4 参数的计算95.5 LED流水灯工作原理10第六章 硬件的接线与调试116.1硬件的接线116.2硬件的仿真116.3仿真结果126.4实物焊接与调试13第七章 心的体会14第八章 参考文献15附录16附录一 元器件清单16附录二 仿真图17附录三 实物图18第一章 LED流水灯介绍1.1 课题介绍当今时代是一个新技术层出不穷时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统分立元件或数字逻辑电路构成控制系统，正以前所未见速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制核心就是单片机。目前，一个学习与应用单片机高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。学习单片机最有效方法就是理论与实践并重，本课题运用了AT89S51来控制电路，自制了一款多种闪烁状态的流水灯，重点介绍了其硬件仿真，且通过本次电子课程设计，了解电子产品设计的一般过程，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能灵活运用已学过或者类似的集成块构成电路实现上述功能，还能用PROTEL等软件进行电路的仿真，掌握了电子电路调试的方法，且能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题。阵列灯具有比较好的装饰效果，一般可用于广告宣传、店铺装饰、舞台灯光等场合。本阵列灯由单片机控制16单元LED灯，可实现多种动态变化效果。1.2 课题研究的目的和意义本次课题能够培养我们综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学生来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。第二章 LED流水灯的控制要求2.1 LED的控制要求花样一：一盏灯从右至左点亮，即从LED1开始向LED16方向流水移动点亮。花样二：一盏灯从左至右点亮，即从LED16开始向LED1方向流水移动点亮。花样三：让一组彩灯要求一盏灯从左至右逐个点亮不灭，即从LED16开始向LED9方向逐个点亮不熄灭，知道全部点亮后熄灭；然后让另一组彩灯要求从左至右逐个点亮不灭，即从LED8开始向LED1方向逐个点亮不熄灭，直到全部点亮。花样四：让全亮的灯从右至左逐个熄灭，即从LED1开始向LED16方向，彩灯逐个熄灭。以上四种花样每种循环四次，周而复始。2.2 LED的总体结构图图2.1 LED的总体结构图第三章 LED流水灯控制方案3.1 LED流水灯控制流程图图3.1 LED流水灯控制流程图3.2 LED流水灯工作流程开启电源开始第一种花样变换，一盏灯从右至左点亮，即从LED1开始向LED16方向流水移动点亮。判断是否循环四次完毕，如果循环未完毕则继续循环第一种花样，完毕则开始变换第二种花样，一盏灯从左至右点亮，即从LED16开始向LED1方向流水移动点亮。判断是否循环四次完毕，如果循环未完毕则继续循环第二种花样，完毕则开始变换第三种花样，让一组彩灯要求一盏灯从左至右逐个点亮不灭，即从LED16开始向LED9方向逐个点亮不熄灭，直到全部点亮后熄灭；然后让另一组彩灯要求从左至右逐个点亮不灭，即从LED8开始向LED1方向逐个点亮不熄灭，直到全部点亮。在判断，完毕后再执行第四种花样，让全亮的灯从右至左逐个熄灭，即从LED1开始向LED16方向，彩灯逐个熄灭。再判断是否循环完毕，如果循环完毕则返回到第一种花样灯，周而复始，不断循环。从而实现了LED花样流水灯。判断种66666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666第四章 芯片介绍4.1 AT89S51单片机图4.1 AT89S51单片机引脚图AT89S51的工作特性：内含4KB的FLASH存储器檫写次数1000次； 内含128字节的RAM；具有32根可编程I/O线；具有2个16位编程定时器 具有6个中断源，5个中断矢量，2级优先权的中 断结构；具有1个全双工的可编程串行通信接口；具有1个数据指针DPTR；具有可编程3级程序锁定位；AT89S51的工作电源为5（10.2）V且典型值为5V；AT89S51最高工作频率为24MHZ；AT89S51的编程频率为324MHZ，编程启动电流和启动电压分别为1mA、5或12V。4.2集成稳压器7805 78系列集成稳压器是常用的固定输出电压的集成稳压器。它的内部含有限流保护，采用了噪声低，温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。78系列集成稳压器为三端器件：1脚为输入端，2脚为接地端，三脚为输出端，使用十分方便。IC采用集成稳压器7805，C1，C2分别为输入端和输出端的滤波电容，RL为负载输出电阻。当输出电较大时，7805应配上散热板。 第五章 重点控制电路分析5.1晶振电路的分析图5.1晶振电路单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机提供的时钟频率越高那么单片机运行速度就越快单片机的一切指令都是建立在单片机晶振提供的时钟频率上。本次课程设计主要采用的是51单片机，采用12M的晶振，则其机器周期就为1us，而其振荡电容约为130pF，在实际电路中C2,C3的取值为30pF5.2电压转换分析图5.2电源电路78系列集成稳压器是常用的固定输出电压的集成稳压器。它的内部含有限流保护，采用了噪声低，温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。IC采用集成稳压器7805，C1，C2分别为输入端和输出端的滤波电容，RL为负载输出电阻。当输出电较大时，7805应配上散热板。 5V电源电压产生的过程：将220V电压通过变压器降压到9V，再通过二极管整流经过稳压器使输出电压为5V。5.3 复位电路图5.3复位电路在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现2个机器周期以上的高电平，单片机便可实现初始化状态服务。为保证应用系统可靠的复位在设计复位电路时，通常使RST引脚保持4ms以上的高电平，只要RST保持高电平，MCS-51单片机就会循环复位；当RST从高电平变为低电平时，MCS-51单片机就从0000H地址开始执行程序，在单片机复位的有效期间，ALE、PSEN 引脚输出高电平。有关计算说明：时钟周期T=1fose=112M=1s24T=24s=1RC=1(470*10*10-6)21324T闭=1/RC=1/(470/470*10-5)426245.4 参数的计算（1）电阻的计算图5.4 LED电阻图如图5.3所示，设LED中的电流为5mA，则R3=5V-1.1V-0.7V/5mA=640；其中：1.1V为LED的正向压降，0.7V为单片机低电平电压值，实际电路的工作电压为5V。由于R3-R18的电流，电压都相同，所以R3-R18的电阻值都为640。（2）电容的计算晶振振荡电容的计算，两只电容在20pF100pF之间取值，其取值在60pF70pF时振荡器频率稳定性较高，按照一般经验，外接晶体时两个电容的取值为30pF；外接陶瓷振荡器是两电容的典型值是47pF，故在本电路中取值为30pF。在复位电路中R1和R2的电阻根据实际电路中要求取值为470，电容为10uf 5.5 LED流水灯工作原理（1） LED流水灯原理图5.4 LED流水灯原理图（2） LED流水灯原理图分析图5.4为整个电路板的原理图，接入电源，读入程序，电路开始运行。轻触开关为复位按钮，当要对芯片复位时，只要轻触开关按钮，将RET引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89S51 便能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。实际电路中，默认状态下每种闪烁状态循环次数是4次，读入程序，LED流水灯开始按照控制要求进行变换式的花样闪烁，其中P0口和P2接LED灯显示。通过EA/VPP引脚将其接成高电平使程序运行时访问内部程序存储器， 当程序指针PC 值超过片内程序存储器地址0FFFH时，将自动转向外部程序存储器继续运行。第六章 硬件的接线与调试6.1硬件的接线本次课程设计主要采用的是AT89S51单片机。（1） VCC为电源引脚接5V电源（2） XTAL1和XTAL2为时钟电路引脚外接晶体引线端当使用当使用芯片内部时钟时，此二引线用于外接石英石英121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212晶体振荡器和电容，再接地。（3） EA/Vpp是访问外部程序存储器的控制信号通过一个发光二极管和一个10K的电阻接VCC，当其为高电平时，对ROM读操作是从内部程序存储器开始的，当PC值大于4K时，CPU自动转向读外部程序存储器。（4） RESET是复位信号，高电平有效，当此输入端保持2个机器周期以上的高电平时，就可以完成单片机的复位初始化操作。通过两个470欧姆的电阻和一个10uf的电容产生复位电路，在复位电路中安装一个复位按钮来控制整个电路的复位操作。（5） 16个LED灯则分别接在P0口和P2口，P0口可驱动8个TTL电路，当不接片外存储器或不扩展I/O接口时，P0口可作为一个通用输入/输出口。P2口也是一个带内部上拉电阻的8位准双向通用I/O口，其负载能力为4个TTL电路，在访问片外存储器时它输出高八位地址。（6） GND接地。6.2硬件的仿真本次课程设计的仿真软件主要用了proteus仿真软件和protel仿真软件，在仿真的过程中Proteus软件主要用于整个实际电路的仿真，包括程序的读入以及rotel 121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212硬件的整个调试过程，双击AT89S51芯片，将程序写入芯片中，然后点击播放，看电路是否正常运行。开始在AT89S51芯片的/EA端直接接入了高电平，发现电路能够正常运行，但是为了使电路更加的完善，我在/EA端口串入了一个发光二极管和一个470欧姆的电阻。Protel软件主要解决的是部分重点电路的画图，因为以前学习过protel软件，所以对其软件的使用还是比较熟悉。在整个仿真仿真电路中，LED流水灯能够正常的运行，并且能够按照设计的花式去变换。6.3仿真结果图6.1 仿真图6.4实物焊接与调试我觉得调试是一个很重要的过程，如果装配调试不成功的话，那么你以前所以的努力将全功尽弃。在进行装配调试时，首先要理解原理图的原理，懂得它的基本工作途径。因为在实际电路的连接过程中，因为不知道芯片引脚的功能，以及不了解部分电路的工作情况，导致我无法连线，也不知道如何去调试。这样在调试过程中出现了问题也不知道怎样去修改。在焊接过程中，我总会出现电路的虚焊问题，导致电路无法正常的运行。或者是在焊接的过程中由于锡过多，而导致电路短路。所以掌握焊接的基本技巧也是个很重要的关键。一定要注意不能让锡过多或过少，还有就是在焊接时，焊铁头不能在板子上停留太长时间，不然很容易将板子烧坏。在本次课程设计排电路的时候，排AT89S51引脚和LED的线比较繁琐。在排这些线的时候，因为线比较多，可能会导致跳线跳的比较多。所以尽量想好如何安排好布局后才进行布线。在做实物的时候，元器件的排版，是一个很重要的地方，因为他关系到电路板的走线情况，如果元器件排版很乱，那么走线也会很乱，到最后会使整个线路看起来很乱，甚至会出现无法走线，或是导线大量浪费的问题，这是其一，其二如果走线很乱的话，在焊接的时候，很容易出现线路无法焊接、或是很容易将两个元器件焊在一起，导致整个电路无法正常运行，其三，就是在调试失败的情况下，去寻找哪里出现了错误，线路连接是否正确会很麻烦。甚至会调试不出来。在电路调试失败时要会利用万用表去检查电子线路出现的短路、断路、元器件烧坏、元器件正负极接反等问题。在解决这些问题后，再把作品的性能调试到最佳的状态。第七章 心的体会课程设计是培养和锻炼学生在学习完本课程后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要环节。通过课程设计，熟悉和掌握单片机的硬件设计的方法、原理、设计步骤。熟练掌握单片机系统与接口扩展电路的设计方法，不仅要培养学生实事求是和严肃认真的工作态度，培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更要培养学生在实际的工程设计中查阅资料，撰写设计报告表达设计思想和结果的能力。这次我做的是LED流水灯，我们以小组为单位，我主要负责硬件部分，通过这次课程设计，我能够熟练的运用硬件来实现特定的功能，尽管我只运用了硬件部分，但在进行课程设计的时候，我们这组将软件与硬件相结合，充分的去了解LED流水灯的工作原理。在本次课程设计中，我们也出现了很多的问题，例如：硬件芯片的选择问题，电阻电容的选择，以及在电路运行过程中出现LED灯无法正常显示的问题。但是经过我们的认真调节都得到了一一的解决。这次课程设计，我们不仅做了硬件的仿真，还做了实际电路，从中我们学会了实际线路的排版，焊接，以及电阻，电容，芯片的选择，在此过程中我们也出现了LED灯无法按要求闪烁，或者LED灯不亮的情况，部分原因是因为电路的虚焊，以及电阻，电容阻值选择错误的原因，在做实物的过程中，我们学会了用实践来证明理论，从而锻炼了我们在实际电路中的动手能力和在实际问题中的动脑能力，以及在遇到问题时的解决能力。回顾这次单片机课程设计，我感慨颇多。从选题到定稿，从理论到实践，在整整两个星期，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，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的重要性，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，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中我遇到了很多问题，从而发现了自己的不足之处，主要是对以前所学过的理论知识掌握得不够透彻，对单片机汇编语言掌握得不好，以及缺少实践经验。这次课程设计使我重新了解自己的水平，从而确定了今后的努力方向。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。第八章 参考文献1单片机原理及其接口技术（第二版） 胡汗才编著 北京大学出版社251系列单片机设计实列楼然苗 李光飞编著 北航出版社3单片微机测控系统设计大全 王福瑞编著 北航出版社4MCS-51单片机原理及应用 赵晓安编著 天津大学出版社5MCS51单片机应用系统设计 何立民编著 北京航空行天大学出版社6单片机实用技术问答 谢宜仁主编 人民邮电出版社第九章 九章 17171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717附录附录一 元器件清单表1 元件清单的路中171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171