單片機課程設計---led流水燈

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 LED流水燈介紹1</p><p>　　1.1 課題介紹1</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義1</p><p>　　第二章 LED流水燈的控制要求2</p><p>　　2.1 LED的控制要求2&l

2、t;/p><p>　　2.2 LED的總體結構圖2</p><p>　　第三章 LED流水燈控制方案3</p><p>　　3.1 LED流水燈控制流程圖3</p><p>　　3.2 LED流水燈工作流程4</p><p>　　第四章 芯片介紹5</p><p>　　4.1 AT89S5

3、1單片機5</p><p>　　4.2集成穩(wěn)壓器78056</p><p>　　第五章 重點控制電路分析7</p><p>　　5.1晶振電路的分析7</p><p>　　5.2電壓轉(zhuǎn)換分析7</p><p>　　5.3 復位電路8</p><p>　　5.4 參數(shù)的計算9<

4、/p><p>　　5.5 LED流水燈工作原理10</p><p>　　第六章 硬件的接線與調(diào)試11</p><p>　　6.1硬件的接線11</p><p>　　6.2硬件的仿真11</p><p>　　6.3仿真結果12</p><p>　　6.4實物焊接與調(diào)試13</p>

5、;<p>　　第七章 心的體會14</p><p>　　第八章 參考文獻15</p><p><b>　　附錄16</b></p><p>　　附錄一 元器件清單16</p><p>　　附錄二 仿真圖17</p><p>　　附錄三 實物圖18</p>

6、<p>　　第一章 LED流水燈介紹</p><p><b>　　1.1 課題介紹</b></p><p>　　當今時代是一個新技術層出不窮時代，在電子領域尤其是自動化智能控制領域，傳統(tǒng)分立元件或數(shù)字邏輯電路構成控制系統(tǒng)，正以前所未見速度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制核心就是單片機。目

7、前，一個學習與應用單片機高潮正在工廠、學校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。學習單片機最有效方法就是理論與實踐并重，本課題運用了AT89S51來控制電路，自制了一款多種閃爍狀態(tài)的流水燈，重點介紹了其硬件仿真，且通過本次電子課程設計，了解電子產(chǎn)品設計的一般過程，掌握電子線路設計的基礎方法和一般過程，能靈活運用已學過或者類似的集成塊構成電路實現(xiàn)上述功能，還能用PROTEL等軟件進行電路的仿真，掌握了電子電路調(diào)試的方法，且能獨立解決設計與調(diào)試過程中出

8、現(xiàn)的一般問題。</p><p>　　陣列燈具有比較好的裝飾效果，一般可用于廣告宣傳、店鋪裝飾、舞臺燈光等場合。本陣列燈由單片機控制16單元LED燈，可實現(xiàn)多種動態(tài)變化效果。</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義</p><p>　　本次課題能夠培養(yǎng)我們綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對我們實際工作能力的具體訓練

9、和考察過程。隨著科學技術發(fā)展的日新日異，單片機已經(jīng)成為當今計算機應用中空前活躍的領域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學生來說掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要的。</p><p>　　第二章 LED流水燈的控制要求</p><p>　　2.1 LED的控制要求</p><p>　　花樣一：一盞燈從右至左點亮，即從LED1開始向LED16方向流水移動點

10、亮。</p><p>　　花樣二：一盞燈從左至右點亮，即從LED16開始向LED1方向流水移動點亮。</p><p>　　花樣三：讓一組彩燈要求一盞燈從左至右逐個點亮不滅，即從LED16開始向LED9方向逐個點亮不熄滅，知道全部點亮后熄滅；然后讓另一組彩燈要求從左至右逐個點亮不滅，即從LED8開始向LED1方向逐個點亮不熄滅，直到全部點亮。</p><p>　　花樣

11、四：讓全亮的燈從右至左逐個熄滅，即從LED1開始向LED16方向，彩燈逐個熄滅。</p><p>　　以上四種花樣每種循環(huán)四次，周而復始。</p><p>　　2.2 LED的總體結構圖</p><p>　　圖2.1 LED的總體結構圖</p><p>　　第三章 LED流水燈控制方案</p><p>　　3.1 LE

12、D流水燈控制流程圖</p><p>　　圖3.1 LED流水燈控制流程圖</p><p>　　3.2 LED流水燈工作流程</p><p>　　開啟電源開始第一種花樣變換，一盞燈從右至左點亮，即從LED1開始向LED16方向流水移動點亮。判斷是否循環(huán)四次完畢，如果循環(huán)未完畢則繼續(xù)循環(huán)第一種花樣，完畢則開始變換第二種花樣，一盞燈從左至右點亮，即從LED16開始向LED

13、1方向流水移動點亮。判斷是否循環(huán)四次完畢，如果循環(huán)未完畢則繼續(xù)循環(huán)第二種花樣，完畢則開始變換第三種花樣，讓一組彩燈要求一盞燈從左至右逐個點亮不滅，即從LED16開始向LED9方向逐個點亮不熄滅，直到全部點亮后熄滅；然后讓另一組彩燈要求從左至右逐個點亮不滅，即從LED8開始向LED1方向逐個點亮不熄滅，直到全部點亮。在判斷，完畢后再執(zhí)行第四種花樣，讓全亮的燈從右至左逐個熄滅，即從LED1開始向LED16方向，彩燈逐個熄滅。再判斷是否循環(huán)完

14、畢，如果循環(huán)完畢則返回到第一種花樣燈，周而復始，不斷循環(huán)。從而實現(xiàn)了LED花樣流水燈。</p><p><b>　　判斷種</b></p><p><b>　　第四章 芯片介紹</b></p><p>　　4.1 AT89S51單片機</p><p>　　圖4.1 AT89S51單片機引腳圖<

15、/p><p>　　AT89S51的工作特性：</p><p>　　·內(nèi)含4KB的FLASH存儲器檫寫次數(shù)1000次； </p><p>　　·內(nèi)含128字節(jié)的RAM；</p><p>　　·具有32根可編程I/O線；</p><p>　　·具有2個16位編程定時器

16、 </p><p>　　·具有6個中斷源，5個中斷矢量，2級優(yōu)先權的中</p><p><b>　　斷結構；</b></p><p>　　·具有1個全雙工的可編程串行通信接口；</p><p>　　·具有1個數(shù)據(jù)指針DPTR；</p><p>　　·具有可

17、編程3級程序鎖定位；</p><p>　　·AT89S51的工作電源為5（1±0.2）V且典型值為5V；</p><p>　　·AT89S51最高工作頻率為24MHZ；</p><p>　　·AT89S51的編程頻率為3~24MHZ，編程啟動電流和啟動電壓</p><p>　　分別為1mA、5或12V。

18、</p><p>　　4.2集成穩(wěn)壓器7805</p><p>　　78系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定輸出電壓的集成穩(wěn)壓器。它的內(nèi)部含有限流保護，采用了噪聲低，溫度漂移小的基準電壓源，工作穩(wěn)定可靠。</p><p>　　78系列集成穩(wěn)壓器為三端器件：1腳為輸入端，2腳為接地端，三腳為輸出端，使用十分方便。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1，C2分別為輸入端和輸出端的濾波電

19、容，RL為負載輸出電阻。當輸出電較大時，7805應配上散熱板。</p><p>　　第五章 重點控制電路分析</p><p>　　5.1晶振電路的分析</p><p><b>　　圖5.1晶振電路</b></p><p>　　單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號，他結合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機

20、提供的時鐘頻率越高那么單片機運行速度就越快單片機的一切指令都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率上。</p><p>　　本次課程設計主要采用的是51單片機，采用12M的晶振，則其機器周期就為1us，而其振蕩電容約為1—30pF，在實際電路中C2,C3的取值為30pF</p><p><b>　　5.2電壓轉(zhuǎn)換分析</b></p><p><

21、b>　　圖5.2電源電路</b></p><p>　　78系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定輸出電壓的集成穩(wěn)壓器。它的內(nèi)部含有限</p><p>　　流保護，采用了噪聲低，溫度漂移小的基準電壓源，工作穩(wěn)定可靠。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1，C2分別為輸入端和輸出端的濾波電容，RL為負載輸出電阻。當輸出電較大時，7805應配上散熱板。 </p><p>

22、;　　5V電源電壓產(chǎn)生的過程：將220V電壓通過變壓器降壓到9V，再通過二極管整流經(jīng)過穩(wěn)壓器使輸出電壓為5V。</p><p><b>　　5.3 復位電路</b></p><p><b>　　圖5.3復位電路</b></p><p>　　在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平，單片機便可

23、實現(xiàn)初始化狀態(tài)服務。為保證應用系統(tǒng)可靠的復位在設計復位電路時，通常使RST引腳保持4ms以上的高電平，只要RST保持高電平，MCS-51單片機就會循環(huán)復位；當RST從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，MCS-51單片機就從0000H地址開始執(zhí)行程序，在單片機復位的有效期間，ALE、PSEN 引腳輸出高電平。</p><p><b>　　有關計算說明：</b></p><p>　　∵

24、時鐘周期T=1／fose=1／12M=1μs</p><p><b>　　∴24T=24μs</b></p><p>　　τ=1／RC=1／(470*10*10-6)≈213＞24T</p><p>　　τ閉=1/R’C=1/(470//470*10-5)≈426＞24</p><p><b>　　5.4 參數(shù)

25、的計算</b></p><p><b>　?。?）電阻的計算</b></p><p>　　圖5.4 LED電阻圖</p><p>　　如圖5.3所示，設LED中的電流為5mA，</p><p>　　則R3=5V-1.1V-0.7V/5mA=640Ω；</p><p><b>

26、　　其中：</b></p><p>　?、?.1V為LED的正向壓降，</p><p>　　②0.7V為單片機低電平電壓值，</p><p>　?、蹖嶋H電路的工作電壓為5V。</p><p>　?、苡捎赗3-R18的電流，電壓都相同，所以R3-R18的電阻值都為640Ω。</p><p><b>

27、　?。?）電容的計算</b></p><p>　　①晶振振蕩電容的計算，兩只電容在20pF～100pF之間取值，其取值在60pF～70pF時振蕩器頻率穩(wěn)定性較高，按照一般經(jīng)驗，外接晶體時兩個電容的取值為30pF；外接陶瓷振蕩器是兩電容的典型值是47pF，故在本電路中取值為30pF。</p><p>　?、谠趶臀浑娐分蠷1和R2的電阻根據(jù)實際電路中要求取值為470Ω，電容為10u

28、f</p><p>　　5.5 LED流水燈工作原理</p><p>　?。?） LED流水燈原理圖</p><p>　　5.4 LED流水燈原理圖</p><p>　?。?） LED流水燈原理圖分析</p><p>　?、賵D5.4為整個電路板的原理圖，接入電源，讀入程序，電路開始運行。</p><

29、p>　　②輕觸開關為復位按鈕，當要對芯片復位時，只要輕觸開關按鈕，將RET引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間，AT89S51 便能完成系統(tǒng)復位的各項工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設成已知狀態(tài)。</p><p>　?、蹖嶋H電路中，默認狀態(tài)下每種閃爍狀態(tài)循環(huán)次數(shù)是4次，讀入程序，LED流水燈開始按照控制要求進行變換式的花樣閃爍，其中P0口和P2接LED燈顯示。</p>&l

30、t;p>　?、芡ㄟ^EA/VPP引腳將其接成高電平使程序運行時訪問內(nèi)部程序存儲器， 當程序指針PC 值超過片內(nèi)程序存儲器地址0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器繼續(xù)運行。</p><p>　　第六章 硬件的接線與調(diào)試</p><p><b>　　6.1硬件的接線</b></p><p>　　本次課程設計主要采用的是AT89S51單片機。&

31、lt;/p><p>　　VCC為電源引腳接5V電源</p><p>　　XTAL1和XTAL2為時鐘電路引腳外接晶體引線端當使用當使用芯片內(nèi)部時</p><p>　　鐘時，此二引線用于外接石英石英晶體振蕩器和電容，再接地。</p><p>　　EA/Vpp是訪問外部程序存儲器的控制信號通過一個發(fā)光二極管和一個10K的電阻接VCC，當其為高電平時，

32、對ROM讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始的，當PC值大于4K時，CPU自動轉(zhuǎn)向讀外部程序存儲器。</p><p>　　RESET是復位信號，高電平有效，當此輸入端保持2個機器周期以上的高電平時，就可以完成單片機的復位初始化操作。通過兩個470歐姆的電阻和一個10uf的電容產(chǎn)生復位電路，在復位電路中安裝一個復位按鈕來控制整個電路的復位操作。</p><p>　　16個LED燈則分別接在P0口和P

33、2口，P0口可驅(qū)動8個TTL電路，當不接片外存儲器或不擴展I/O接口時，P0口可作為一個通用輸入/輸出口。P2口也是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向通用I/O口，其負載能力為4個TTL電路，在訪問片外存儲器時它輸出高八位地址。</p><p><b>　　GND接地。</b></p><p><b>　　6.2硬件的仿真</b></p>

34、<p>　　本次課程設計的仿真軟件主要用了proteus仿真軟件和protel仿真軟件，在仿真的過程中Proteus軟件主要用于整個實際電路的仿真，包括程序的讀入以及rotel </p><p>　　硬件的整個調(diào)試過程，雙擊AT89S51芯片，將程序?qū)懭胄酒?，然后點擊播放，看電路是否正常運行。</p><p>　　開始在AT89S51芯片的/EA端直接接入了高電平，發(fā)現(xiàn)

35、電路能夠正常運行，但是為了使電路更加的完善，我在/EA端口串入了一個發(fā)光二極管和一個470歐姆的電阻。</p><p>　　Protel軟件主要解決的是部分重點電路的畫圖，因為以前學習過protel軟件，所以對其軟件的使用還是比較熟悉。</p><p>　　在整個仿真仿真電路中，LED流水燈能夠正常的運行，并且能夠按照設計的花式去變換。</p><p><b&

36、gt;　　6.3仿真結果</b></p><p><b>　　圖6.1 仿真圖</b></p><p>　　6.4實物焊接與調(diào)試</p><p>　　我覺得調(diào)試是一個很重要的過程，如果裝配調(diào)試不成功的話，那么你以前所以的努力將全功盡棄。在進行裝配調(diào)試時，首先要理解原理圖的原理，懂得它的基本工作途徑。因為在實際電路的連接過程中，因為不

37、知道芯片引腳的功能，以及不了解部分電路的工作情況，導致我無法連線，也不知道如何去調(diào)試。這樣在調(diào)試過程中出現(xiàn)了問題也不知道怎樣去修改。</p><p>　　在焊接過程中，我總會出現(xiàn)電路的虛焊問題，導致電路無法正常的運行?；蛘呤窃诤附拥倪^程中由于錫過多，而導致電路短路。所以掌握焊接的基本技巧也是個很重要的關鍵。一定要注意不能讓錫過多或過少，還有就是在焊接時，焊鐵頭不能在板子上停留太長時間，不然很容易將板子燒壞。<

38、;/p><p>　　在本次課程設計排電路的時候，排AT89S51引腳和LED的線比較繁瑣。在排這些線的時候，因為線比較多，可能會導致跳線跳的比較多。所以盡量想好如何安排好布局后才進行布線。在做實物的時候，元器件的排版，是一個很重要的地方，因為他關系到電路板的走線情況，如果元器件排版很亂，那么走線也會很亂，到最后會使整個線路看起來很亂，甚至會出現(xiàn)無法走線，或是導線大量浪費的問題，這是其一，其二如果走線很亂的話，在焊接的

39、時候，很容易出現(xiàn)線路無法焊接、或是很容易將兩個元器件焊在一起，導致整個電路無法正常運行，其三，就是在調(diào)試失敗的情況下，去尋找哪里出現(xiàn)了錯誤，線路連接是否正確會很麻煩。甚至會調(diào)試不出來。</p><p>　　在電路調(diào)試失敗時要會利用萬用表去檢查電子線路出現(xiàn)的短路、斷路、元器件燒壞、元器件正負極接反等問題。在解決這些問題后，再把作品的性能調(diào)試到最佳的狀態(tài)。</p><p><b>　

40、　第七章 心的體會</b></p><p>　　課程設計是培養(yǎng)和鍛煉學生在學習完本課程后綜合應用所學理論知識，解決實際工程設計和應用問題的能力的重要環(huán)節(jié)。通過課程設計，熟悉和掌握單片機的硬件設計的方法、原理、設計步驟。熟練掌握單片機系統(tǒng)與接口擴展電路的設計方法，不僅要培養(yǎng)學生實事求是和嚴肅認真的工作態(tài)度，培養(yǎng)學生的實際動手能力，檢驗學生對本門課學習的情況，更要培養(yǎng)學生在實際的工程設計中查閱資料，撰寫設

41、計報告表達設計思想和結果的能力。</p><p>　　這次我做的是LED流水燈，我們以小組為單位，我主要負責硬件部分，通過這次課程設計，我能夠熟練的運用硬件來實現(xiàn)特定的功能，盡管我只運用了硬件部分，但在進行課程設計的時候，我們這組將軟件與硬件相結合，充分的去了解LED流水燈的工作原理。</p><p>　　在本次課程設計中，我們也出現(xiàn)了很多的問題，例如：硬件芯片的選擇問題，電阻電容的選擇，

42、以及在電路運行過程中出現(xiàn)LED燈無法正常顯示的問題。但是經(jīng)過我們的認真調(diào)節(jié)都得到了一一的解決。這次課程設計，我們不僅做了硬件的仿真，還做了實際電路，從中我們學會了實際線路的排版，焊接，以及電阻，電容，芯片的選擇，在此過程中我們也出現(xiàn)了LED燈無法按要求閃爍，或者LED燈不亮的情況，部分原因是因為電路的虛焊，以及電阻，電容阻值選擇錯誤的原因，在做實物的過程中，我們學會了用實踐來證明理論，從而鍛煉了我們在實際電路中的動手能力和在實際問題中的

43、動腦能力，以及在遇到問題時的解決能力。</p><p>　　回顧這次單片機課程設計，我感慨頗多。從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩個星期，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合的重要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，提高自己的實際動手能力和獨立思考的能

44、力。在設計的過程中我遇到了很多問題，從而發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，主要是對以前所學過的理論知識掌握得不夠透徹，對單片機匯編語言掌握得不好，以及缺少實踐經(jīng)驗。這次課程設計使我重新了解自己的水平，從而確定了今后的努力方向。我想這對于自己以后的學習和工作都會有很大的幫助的。</p><p><b>　　第八章 參考文獻</b></p><p>　　[1]《單片機原理及其接口技術

45、》（第二版） 胡汗才編著 北京大學出版社</p><p>　　[2]《51系列單片機設計實列》樓然苗 李光飛編著 北航出版社</p><p>　　[3]《單片微機測控系統(tǒng)設計大全》 王福瑞編著 北航出版社</p><p>　　[4]《MCS-51單片機原理及應用》 趙曉安編著 天津大學出版社</p><p>　　[5]《MCS－51單

46、片機應用系統(tǒng)設計》 何立民編著 北京航空行天大學出版社</p><p>　　[6]《單片機實用技術問答》 謝宜仁主編 人民郵電出版社</p><p>　　第九章 九章 附錄</p><p>　　附錄一 元器件清單</p><p><b>　　表1 元件清單