心形流水灯课程设计

1、I / 25心形流水灯设计摘 要本课题是利用 STC89C52 设计了一个心形流水灯电路，该电路可以实现 32个 LED 灯循环闪亮、依次熄灭、对角闪亮、对角熄灭、间隔闪亮、间隔熄灭等多种功能。该电路主要由单片机芯片 STC89C52、电源电路、时钟电路、复位电路和显示电路组成。利用 Keil 软件编写 C 语言程序，并生成目标代码 Hex文件。使用 Proteus 软件设计仿真电路，并调入已编译好的目标代码，即可在仿真图中看到模拟实物的运行状态和过程。使用 Altium Designer 软件对电路进行原理图设计和 PCB 设计，并对该电路行安装和调试，调试结果可以实现流水灯的多种亮灭循环的

2、功能。关键词：AT89C52，复位电路，时钟电路，发光二极管 II / 25目 录1 绪论.11.1 课题描述.11.2 基本工作原理及框图.12 相关芯片及硬件电路设计.22.1 AT89C52 芯片.22.1.1 AT89C52 的功能特性 .22.1.2 AT89C52 的主要性能参数 .22.2 时钟电路.32.3 复位电路.42.4 显示电路.42.6 总原理图设计.53 系统软件设计.63.1 程序主要流程.63.2 程序设计.73.4 电路功能仿真.20总 结.21致 谢.22参考文献.231 / 251 绪论1.1 课题描述 随着现代科学技术的持续进步和发展以及人们生活水平的不

3、断提高，以大规模、超大规模集成电路为首的电子工艺技术的使用也越来越广泛，结合单片机技术设计的电子电路也层出不穷。 LED 彩灯由于其丰富的灯光色彩、低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。利用控制电路可使彩灯按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电。 彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，从歌舞厅到卡拉 OK 包房，从节日的祝贺到日常生活中的点缀，这些不仅说明了我们对生活的要求有了质的飞跃，也说明科技在现实生活中的运用有了较大的发展。在这一设计中我们将运用单片机技术，与单片机芯片 STC89C52 的功能，对心形流水

4、灯系统进行设计，来实现流水灯的多种亮与灭的循环，给人带来美感1。1.2 基本工作原理及框图本课程设计的 XX 系统原理如图 1 所示。图 1 基本工作原理框图电源电路 显示电路 AT89C52时钟电路复位电路2 / 252 相关芯片及硬件电路设计2.1 AT89C52 芯片。图 2 AT89C52 引脚图2.1.1 AT89C52 的功能特性STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能的微控制器，具有 8K的系统可编程 Flash 存储器，其具有传统 51 单片机不具备的功能，在经典的MCS-51 内核上做了很多的改进，使得 STC89C52 在处理嵌入式控制应用系统时更加高效、

5、灵活。STC89C52 具有以下标准功能：4 个外部中断、全双工串行口、一个 7 向量 4 级中断结构、3 个 16 位定时器/计数器、8K 字节Flash、512 字节 RAM（随机存储器） 、看门狗定时器，其 12 周期和 6 周期可以任意选择，其工作电压在 3V5.5V 之间，工作频率在 040MHZ，实际工作频率可达 48MHZ2。其管脚的封装图如图 2 所示。2.1.2 AT89C52 的主要性能参数3 / 25AT89C52 主要性能参数如下：与 MC51 产品指令系统完全兼容VCC（38 脚）：芯片电源，接+5VGND（16 脚）：接地端XTAL1（15 脚）：片内振荡器反相放大

6、器和时钟发生器电路的输入端。当使用片内振荡器时，该引脚连接外部石英晶体和微调电容；当采用外接时钟源时，该引脚接外部时钟振荡器的信号 XTAL2（14 脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器时，该引脚连接外部石英晶体和微调电容；当采用外部时钟源时，该引脚悬空ALE（27 脚）：用来锁存 P0 口送出的低 8 位位置PSEN（26 脚：外部 ROM 读选通信号RST（4 脚）：复位信号输入端EA/Vpp（29 脚）：内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源P0 口：8 位，漏极开路的双向 I/O 口P1 口：8 位，准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻P2 口：8 位，准双向

7、I/O 口，具有内部上拉电阻P3 口：8 位，准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻2.2 时钟电路单片机内有一个由反相放大器所构成的振荡电路，XTAL1 和 XTAL2 分别为振荡电路的输入端和输出端。在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接石英晶体和微调电容构成并联振荡回路。晶振频率设置为 11.0592MHZ,作用是产生时钟信号。单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。电容值为 30pF,可以起到频率微调作用3。时钟电路如图 3 所示。4 / 25XTAL130pFC430pFC5GNDXTAL1XTAL2图 3

8、时钟电路图2.3 复位电路单片机 RST 接口为复位信号输入端，高电平有效。在该引脚上加上持续时间大于两个机器周期的高电平，就可以使单片机复位。在单片机正常工作时，此引脚应为小于或等于 0.5V 的低电平。复位电路接单片机 RST 端口,在 RST 输入端出现高电平时实现复位和初始化4。复位电路如 4 所示。R200.1uFC3GNDVCCREST图 4 复位电路2.4 显示电路单片机的 P0 口为 8 位的漏极开路的双向 I/O 口，当 P0 口作为普通的 I/O 口使用时，需要上拉电阻，这时为准双向口。P1 、P2、 P3 都为 8 位的准双向口，具有内部上拉电阻。图 5 为显示电路，单片

9、机 I/O 口一对一直接控制 LED 灯，显示电路中的 325 / 25个电阻既为上拉电阻，也起到电路分压作用，防止烧坏元器件5。显示电路如图 5 所示R1LED1VCCR3LED3R5LED5R7LED7R9LED9R11LED11R14LED13R16LED15R2LED2VCCR4LED4R6LED6R8LED8R10LED10R12LED12R15LED14R17LED16LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8LED17LED18LED19LED20LED21LED22LED23LED24 R21LED17VCCR23LED19R25LED21R27LED23

10、R29LED25R31LED27R33LED29R35LED31R22LED18VCCR24LED20R26LED22R28LED24R30LED26R32LED28R34LED30R36LED32LED9LED10LED11LED12LED13LED14LED15LED16LED25LED26LED27LED28LED29LED30LED31LED32图 5 显示电路图2.6 总原理图设计6 / 25总结时钟电路、复位电路、以及显示电路，把其放入一个电路。得到总体的电路。总体电路如图 6 所示。图 6 电路原理图3 系统软件设计3.1 程序主要流程单片机的应用系统由硬件和软件组成，在硬件原理

11、图搭建完成上电之后，暂时还不能看到流水灯循环点亮的现象，还需要编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现 LED 灯的各种亮灭功能。先将 P0、P1、P2、P3 全部置 1，即通入高电平，用 16 进制表示为0XFFH，则 32 个 LED 灯全部处于熄灭状态。然后给 P0 口赋值 0X7FH，即只有 P0.0 处于低电平时，LED1 灯点亮。使用延时函数 delay，并设置延时时间为2 秒，延时时间一到 P0 口的值就变为 0X3FH,即 P0.0 和 P0.1 都为高电平，7 / 25LED2 也开始点亮，如此循环 P0 口控制的 8 个 LED 灯全部点亮，当高电平变为低电平时，LED

12、 灯熄灭。P1、P2、P3 口控制的 LED 灯闪亮和熄灭原理同 P0口一样，所以就可以看到 LED 灯的流水效果了6。程序流程图如图 7 所示， 低电平 高电平 图 7 程序设计流程图3.2 程序设计#include#include #defineuint unsigned int开始读取 I/O 口状态判断 I/O 口状态LED 灯熄灭结束LED 灯点亮 延时灯流动运行8 / 25#defineuchar unsigned charuchar code table=0 xfe,0 xfc,0 xf8,0 xf0,0 xe0,0 xc0,0 x80,0 x00; / 逐个点亮 07uchar

13、 code table1=0 x7f,0 x3f,0 x1f,0 x0f,0 x07,0 x03,0 x01,0 x00; / 逐个点亮 70uchar code table2=0 x01,0 x03,0 x07,0 x0f,0 x1f,0 x3f,0 x7f,0 xff; / 逐个灭 07uchar code table3=0 x80,0 xc0,0 xe0,0 xf0,0 xf8,0 xfc,0 xfe,0 xff; / 逐个灭 70void delay(uint t); /延时void zg(uint t,uchar a);/两边逐个亮void qs(uint t,uchar a);/全

14、部闪烁void zgxh(uint t,uchar a); / 逆时针逐个点亮/void zgxh1(uint t,uchar a); / 顺时针逐个点亮void djs(uint t,uchar a); /对角闪void lbzgm(uint t,uchar a);/两边逐个灭/void sszgm(uint t,uchar a); / 顺时针逐个灭void nszgm(uint t,uchar a); / 逆时针逐个灭void sztl(uint t,uchar a);/顺时逐个同步亮void nztl(uint t,uchar a);/逆时逐个同步亮void sztm(uint t,uc

15、har a);/顺时逐个同步灭void nztm(uint t,uchar a);/逆时逐个同步灭void hwzjl(uint t,uchar a); /横往中间亮void hwzjm(uint t,uchar a); /横往中间灭/void swzjl(uint t,uchar a); /竖往中间亮/void swzjm(uint t,uchar a); /竖往中间灭void nzdl(uint t,uchar a); /逆时逐段亮void nzdgl(uint t,uchar a); /逆时逐段一个点亮void jgs(uint t,uchar a); /间隔闪void zg(uint

16、t,uchar a)/两边逐个亮uchar i,j; for(j=0;ja;j+) P0=P1=P2=P3=0 xff; P0=0 x7f;delay(t); for(i=0;i7;i+) P0=table1i+1; P2=table1i; delay(t); P2=0 x00;P1=0 xfe; delay(t); for(i=0;i7;i+) P1=tablei+1;P3=table1i;9 / 25delay(t); P3=0 x00;delay(t); void qs(uint t,uchar a) /全部闪烁uchar j;for(j=0;ja;j+) P0=P1=P2=P3=0 x

17、ff; delay(t); P0=P1=P2=P3=0 x00; delay(t); void zgxh(uint t,uchar a) / 逆时针逐个点亮uchar i,j;for (j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 xff;for (i=0;i8;i+)P0=table1i;delay(t);for(i=0;i8;i+)P1=tablei;delay(t);for(i=0;i8;i+)P3=tablei;delay(t);for(i=0;i8;i+)P2=tablei;delay(t);10 / 25void nszgm(uint t,uchar a) / 逆时针逐个灭uch

18、ar i,j;for(j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 x00;for (i=0;i8;i+)P0=table3i;delay(t);for (i=0;i8;i+)P1=table2i;delay(t);for (i=0;i8;i+)P3=table2i;delay(t);for (i=0;i8;i+)P2=table2i;delay(t);void zgxh1(uint t,uchar a) / 顺时针逐个点亮uchar i,j;for (j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 xff;for (i=0;i8;i+)P2=table1i;delay(t);for(i=0

19、;i8;i+) P3=table1i;delay(t);for(i=0;i8;i+)P1=table1i;delay(t);11 / 25for(i=0;i8;i+)P0=tablei;delay(t);void sszgm(uint t,uchar a) / 顺时针逐个灭uchar i,j;for(j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 x00;for (i=0;i8;i+)P2=table3i;delay(t);for (i=0;i8;i+)P3=table3i;delay(t);for (i=0;i8;i+)P1=table3i;delay(t);for (i=0;i8;i+)P

20、0=table2i;delay(t);void djs(uint t,uchar a) /对角闪uchar j;for(j=0;ja;j+) P0=P1=P2=P3=0 xff;P0=P3=0 x00;delay(t);P0=P1=P2=P3=0 xff;P1=P2=0 x00;delay(t);12 / 25void lbzgm(uint t,uchar a)/两边逐个灭 uchar i,j; for (j=0;j1;i-)P1=tablei-1;P3=table1i-2;delay(t);P1=0 xfe;P3=0 xff;delay(t);P1=0 xff;P2=0 x01;delay(

21、t);for(i=7;i1;i-)P0=table1i-1;P2=table1i-2;delay(t);P0=0 x7f;P2=0 xff;delay(t);P0=0 xff;delay(t); void sztl(uint t,uchar a)/顺时逐个同步亮uchar i,j;for(j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 xff;for(i=0;i8;i+)P0=tablei;P1=P2=P3=table1i; delay(t);void nztl(uint t,uchar a)/逆时逐个同步亮uchar i,j;13 / 25for(j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=

22、0 xff;for(i=0;i8;i+)P0=table1i;P1=P2=P3=tablei;delay(t);void sztm(uint t,uchar a)/顺时逐个同步灭uchar i,j;for(j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 x00;for(i=0;i8;i+)P0=table2i;P1=P2=P3=table3i;delay(t);void nztm(uint t,uchar a)/逆时逐个同步灭uchar i,j;for(j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 xff;for(i=0;i8;i+)P0=table3i;P1=P2=P3=table2i;d

23、elay(t);void hwzjl(uint t,uchar a) /横往中间亮uchar i,j;for (j=0;ja;j+)14 / 25P0=P1=P2=P3=0 xff;for(i=0;i8;i+)P0=P2=P1=table1i;P3=tablei;delay(t);void hwzjm(uint t,uchar a) /横往中间灭uchar i,j;for (j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 x00;for(i=0;i8;i+)P0=P2=P1=table3i;P3=table2i;delay(t);void swzjl(uint t,uchar a) /竖往中间

24、亮uchar i,j;for (j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 xff;for(i=0;i8;i+)P0=P2=P1=tablei;P3=table1i;delay(t);void swzjm(uint t,uchar a) /竖往中间灭uchar i,j;for (j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 x00;for(i=0;i8;i+)P0=P2=P1=table2i;P3=table3i;delay(t);15 / 25void nzdl(uint t,uchar a) /逆时逐段亮uchar i,j;for (j=0;ja;j+)P0=P1=P2=P3=0 x

25、ff;for(i=0;i8;i+)P0=table1i;delay(t);P0=0 xff;for(i=0;i8;i+)P1=tablei;delay(t);P1=0 xff;for(i=0;i8;i+)P3=tablei;delay(t);P3=0 xff;for(i=0;i8;i+)P2=tablei;delay(t);P2=0 xff;void nzdgl(uint t,uchar a) /逆时逐段一个点亮uchar i,j,k,l;for (j=0;ja;j+)k=table10;P0=k;l=table0;P1=P2=P3=l;delay(t);for(i=0;i8;i+)16 /

26、25k=_crol_(k,-1);P0=k;l=_crol_(l,1);P1=P2=P3=l;delay(t);void jgs(uint t,uchar a) /间隔闪uchar j;for (j=0;ja;j+)P0=0 x55;P1=P2=P3=0 xaa;delay(t);P0=0 xaa;P1=P2=P3=0 x55;delay(t);void main()uchar i;while(1) zg(100,1); /两边逐个亮 lbzgm(100,1); /两边逐个灭 jgs(300,10); djs(100,20); /对角闪P1=P2=P3=0 xff;for(i=0;i3;i+)

27、 P0=0 x00;delay(800); P0=0 xff;delay(800); P0=0 x00; for(i=0;i3;i+) P1=0 x00;delay(800); P1=0 xff;delay(800); P1=0 x00; for(i=0;i3;i+)17 / 25 P3=0 x00;delay(800); P3=0 xff;delay(800); P3=0 x00; for(i=0;i3;i+) P2=0 x00;delay(800); P2=0 xff;delay(800); qs(500,3);for(i=0;i6;i+) zgxh(50,1); nszgm(50,1);

28、 djs(100,20); /对角闪for(i=0;i3;i+) zg(100,1); /两边逐个亮 lbzgm(100,1); /两边逐个灭 qs(200,10);djs(100,50); for(i=0;i5;i+) sztl(200,1); /顺时逐个同步亮nztm(200,1); nztl(200,1);sztm(200,1); /顺时逐个同步灭 djs(300,10); /对角闪 nzdgl(300,10); /逆时逐段一个点亮 jgs(300,10); /间隔闪for(i=0;i3;i+) zgxh(100,1); nszgm(100,1); for(i=0;i5;i+) zgxh

29、1(100,1); sszgm(100,1); nzdl(200,3); /逆时逐段亮18 / 25 jgs(50,100); /间隔闪P0=P1=P2=P3=0 xff;for (i=0;i8;i+)P0=table1i;delay(200);for (i=0;i8;i+)P1=tablei;delay(200);for(i=0;i3;i+)P0=P1=0 x00;delay(200);P0=P1=0 xff;delay(200);for (i=0;i8;i+)P2=table1i;delay(200);for (i=0;i8;i+)P3=table1i;delay(200);for(i=0

30、;i3;i+)P2=P3=0 x00;delay(200);P2=P3=0 xff;delay(200);nzdgl(50,40); /逆时逐段一个点亮for(i=0;i4;i+) zg(100,1);qs(100,10); lbzgm(100,1); djs(50,100); /对角闪 for(i=0;i3;i+) zgxh(100,1);19 / 25 nszgm(100,1); djs(1000,10); for(i=0;i10;i+) hwzjl(200,1); /横往中间亮hwzjm(200,1); /横往中间灭 djs(300,10); /对角闪 for(i=0;i10;i+) s

31、wzjl(200,1); /竖往中间亮swzjm(200,1); /竖往中间灭 for(i=0;i5;i+) zgxh(100,1); nszgm(100,1); djs(100,20); /对角闪 zg(300,1); lbzgm(300,1);for(i=0;i5;i+) zgxh1(100,1); sszgm(100,1); for(i=0;i0;x-)for (y=120;y0;y-);3.4 电路功能仿真在各部分电路设计的基础上，按照总体电路图在 Proteus 上一一进行器件选择，并连接。将电路连接好后，为各个器件选择合适的参数，然后调入已编译好的目标代码 Hex 文件，启动仿真。

32、根据 LED 灯是否发亮，判断所设计的电路是否可以实现 32 个 LED 灯依次点亮、依次熄灭、对角闪亮、对角熄灭、间隔闪亮、间隔熄灭等多种功能。刚开始时，LED 灯不亮，仔细检查原来是将LED 灯接反了，改正之后 LED 灯便可以正常发光了。电路仿真的结果为 32 个LED 灯依次发亮、依次熄灭，并可以实现多种亮灭功能。根据仿真结果可知电路原理及程序无误，可以进行 PCB 设计7。如图 8 所示。图 8 电路仿真图21 / 25总 结在设计电路图的过程中，经过了多次分析和仿真验证，并结合所给的器件清单最后确定了需要哪些器件来实现电路的功能，并且保证了所需要的元器件在给出的清单范围内。经过 Proteus 软件多次仿真和修改后，在仿真电路图实现设计要求的前提下确定了最终的原理图。然后在 Altium Designer 中画出来所对应的原理图8，再导入到 PCB 设计的环境中，进行 PCB 设计。在经过小组内多次讨论和听取指导老师的意见后确定了 PCB 的最终布局，布线完成后打印输出制成印刷电路板。将所有的元