信息與通信學院課程設計--- 基于51單片機的流水燈

1、<p><b>　　課程設計論文</b></p><p>　　題 目： 基于51單片機的流水燈 </p><p>　　院 （系）： 信息與通信學院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　學生姓名：

2、 </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　職 稱： 副教授 </p><p>　　2012年 12 月16</p><p&

3、gt;<b>　　摘 要</b></p><p>　　單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復雜電子線路或者數字電路構成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠實現(xiàn)智能化。 本次課程設計中我主要采用STC89C51RC單片機作為控制主體，通過對編寫程序代碼實現(xiàn)用P0口來控制LED燈來顯示出流水燈的效果。設計中輔以簡單的設備和必要的電路，設計了一款流水燈最終達到預期的目的。</p>&l

4、t;p>　　關鍵字： STC89C51RC；流水燈； LED燈 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Single-chip microcomputer control system can be replaced by complex electronic circuit or before digital circuit

5、 consists of the control system,Can control to realize software, and be able to realize intelligent. This course design I mainly use the STC89C51RC microcontroller as the control subjects, through to write the program co

6、de realization P0 mouth with to control LED lamp to display.The effect of flowing water light out. Design with simple equipment and the necessary circuit, design a kind</p><p>　　Keywords: STC89C51RC; Flowing

7、 water light; LED lights</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言····················

8、83;····································&

9、#183;···········3</p><p>　　1.所需知識點···················

10、3;····································&#

11、183;···4</p><p>　　1.1 單片機概述···························&#

12、183;·······························4</p><p>　　1.1.1

13、單片機的定義···································

14、3;··················4</p><p>　　1.1.2 單片機的發(fā)展············&#

15、183;····································

16、·····4</p><p>　　1.1.3 單片機硬件概述·························

17、83;··························4</p><p>　　1.1.4 單片機硬件結構····

18、····································

19、3;···········4</p><p>　　1.2 Protel DXP軟件··················

20、83;···································5</p

21、><p>　　1.3 KEILC51標準C編譯器·······························

22、;··················6</p><p>　　2.制作過程·············

23、83;····································&

24、#183;···········6</p><p>　　2.1 硬件電路設計···················

25、····································

26、3;·6</p><p>　　2.1.1電路原理圖的設計步驟·····························

27、;·················6</p><p>　　2.1.2 51系統(tǒng)電路·············

28、83;····································&

29、#183;·····7</p><p>　　2.1.3 流水燈電路·························

30、·······························7</p><p>　　2.2 PCB的繪

31、制····································

32、83;······················8</p><p>　　2.2.1 PCB圖設計步驟········

33、;····································

34、83;·······8</p><p>　　2.2.2 51系統(tǒng)的pcb圖······················

35、3;····························8</p><p>　　2.2.3 流水燈的pcb圖··

36、····································

37、3;·············9</p><p>　　2.3 軟件編程設計·················

38、83;····································&

39、#183;··9</p><p>　　2.3.1 Keil軟件的使用方法···························

40、·····················9</p><p>　　2.3.2 流水燈程序··········

41、;····································

42、83;········12</p><p>　　2.4 元件的安裝······················

43、83;····································1

44、3</p><p>　　2.5 程序下載·······························&

45、#183;····························13</p><p>　　3.實物圖···

46、;····································

47、83;·······················14</p><p>　　3.1 實物正面圖·······&#

48、183;····································

49、··············14</p><p>　　3.2 實物背面圖·················

50、;····································

51、83;····14</p><p>　　4 結論···························&

52、#183;····································

53、;·14</p><p>　　謝辭·······························

54、····································

55、3;15</p><p>　　參考文獻·······························

56、83;································16</p><p>　　

57、附錄····································&#

58、183;·······························17</p><p><b&g

59、t;　　引 言</b></p><p>　　單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術，把具有數據處理能力的微處理 器、隨機存取數據存儲器、只讀程序存儲器、輸入輸出電路、可能還包括定時計數器、 串口通信口、顯示驅動電路，脈寬調制電路、模擬多路轉換器及 A/D 轉換器等電路集 成到一塊芯片上， 構成一個最小而完善的計算機系統(tǒng)。 這些電路在軟件的控制下準確、 迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務

60、LED小燈控制系統(tǒng)的設計方法，以STC-89C51RC單片機作為主控核心，與按鍵、排阻、電阻、電容等較少的輔助硬件電路相結合，利用軟件實現(xiàn)對LED燈進行控制。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結構簡單及成本低等優(yōu)點。能夠使led小燈輪流點亮。廣泛應用于城市景觀、風景名勝、道路橋梁、建筑輪廓、娛樂場所、戶外廣告、室內裝飾等美化、亮化工程。</p><p><b>　　1 所需知識點</b><

61、;/p><p>　　1.1 單片機的概述</p><p>　　1.1.1 單片機的定義</p><p>　　單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。</p><p>

62、;　　單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術吧具有數據處理能力的中央處理器CPU(Central Processing Unit)、隨機存儲器RAM(Random Access Memory)、只讀存儲器ROM(Read Only Memory)、多種I/O口（Input/Output Ports）和中斷系統(tǒng)、定時器、計數器等功能電路（可能還包括顯示驅動器、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上

63、構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。</p><p>　　1.1.2 單片機的發(fā)展</p><p>　　單片機誕生于1971年，經歷了SCM、MCU、SOC三大階段，早期的SCM單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價

64、比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。目前，高端的32位Soc單片機主頻已經超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元

65、。當代單片機系統(tǒng)已經不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。</p><p>　　1.1.3 單片機的硬件概述</p><p>　　在單片機的應用中，以單片機芯片組建的一個能完成特定應用功能的已經箭組合實體，稱為單片機的硬件系統(tǒng)。它能在我們?yōu)樗?/p>

66、編制的程序下完成預定的任務。</p><p>　　1.1.4 單片機的硬件結構</p><p>　　51單片機的組成： CPU(進行運算、控制)、RAM(數據存儲器)、ROM(程序存儲器）、I/O口(串口、并口）、內部總線 和中斷系統(tǒng)等。組成框圖如下：</p><p><b>　　內部結構如下：</b></p><p>

67、;　　圖 1-1 內部結構一</p><p>　　圖 1-2 內部結構二</p><p>　　1.2 Protel DXP軟件</p><p>　　Protel DXP是將所有設計工具集成于一身的板級設計系統(tǒng)，電子設計者從最初的項目模塊規(guī)劃到最終形成生產數據都可以按照自己的設計方式實現(xiàn)。Protel DXP運行在優(yōu)化的設計瀏覽器平臺上，并且具備當今所有先進的設計特

68、點，能夠處理各種復雜的PCB設計過程。通過設計輸入仿真、PCB繪制編輯、拓撲自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術的融合，Protel DXP提供了全面的設計解決方案。</p><p>　　Protel DXP的強大功能大大提高了電路板設計、制作的效率，它的“方便、易學、實用、快速”的特點，以及其友好的Windows風格界面，使其成為廣大電子線路設計者首選的計算機輔助電路板設計軟件。</p>&l

69、t;p>　　Protel DXP軟件運行的推薦配置：</p><p>　　操作系統(tǒng)Windows XP</p><p>　　CPU主頻Pentium 1.2GHz以上</p><p>　　內存512MB RAM</p><p>　　硬盤空間大于620MB硬盤空間</p><p>　　顯示器

70、最低分辨率為1280×1024像素，32位真彩色</p><p>　　顯卡32MB顯卡</p><p>　　1.3 KEILC51標準C編譯器</p><p>　　KEILC51標準C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境,同時保留了匯編代碼高效,快速的特點。C51編譯器的功能不斷增強， 使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產品。C5

71、1已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調試器。uVision2IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。 C51V7版本是目前最高效、靈活的8051開發(fā)平臺。它可以支持所有8051的衍生產品，也可以支持所有兼容的仿真器，同時支持其它第三方開發(fā)工具。本次課設中我使用KEILC51標準C編譯器完成了程序的編寫和編譯。</p><p><b

72、>　　2 制作步驟</b></p><p>　　2.1 硬件電路設計</p><p>　　2.1.1電路原理圖的設計步</p><p>　?。?）創(chuàng)建一個工程文檔：file, new, project, pcb project （創(chuàng)建工程文檔很重要，為后面原理圖的檢錯，產生網絡表和PCB設計奠定

73、基礎，否則不能進行PCB設計）； </p><p>　?。?）創(chuàng)建一個原理圖文件：file, new, schematic，并且保存全部文件； </p><p>　?。?）設置圖紙的大小：右擊圖紙，options, document options, standard styles選擇圖紙大?。?#160;&l

74、t;/p><p>　?。?）放置元件圖符號：libraries, 選擇miscellaneous devices原理圖庫，尋找原理圖元件圖符號，并且，注意元件的封裝（一般都帶有封裝，沒有的話，可以按TAB鍵進行選擇合適的封裝后再放置元件，這樣每放一個元件，就有相應的封裝了），可以先放置好一類符號元件，然后放另外一類的元件，直至一一放完所有的元件，例如，放置完所有的電阻元件等等）；在放置元件圖符號時

75、，對于已經裝載的庫中沒有的，或找不到的元件，必須查找。查找元件圖：點擊原理圖紙空白處，在彈出的下拉菜單中，選擇find component, 在libraries search中，輸入要查找的元件名稱，選中clear existing query, scope中，選擇libraries on path, path定位于安裝2004的文件夾，按查找即

76、可進行查找中； </p><p>　?。?）給元件規(guī)劃流水號（系統(tǒng)給元件自動編號，注意一般不手動編號，否則容易發(fā)生錯誤?。簍ools, annotate quiet； </p><p>　?。?）元件布局與電氣連接：手工拖放布局。布局的優(yōu)劣以方便電氣連接為佳（電氣連接有兩種方式：用導線連接和NET連接。導線連接一定要從元件腳端點開始連線，連接不能重

77、疊，否則會出來多余的點），放置導線與網絡電氣連接； </p><p>　　(7)檢查錯誤：右擊原理圖的空白處,在彈出的compile errors 卡上沒有錯誤，說明編譯通過。保存全部文檔； </p><p>　　(8)元件的選擇，旋轉，刪除、排列和元件相關參數的修改等等在元件的布局或修改時，經常要用到； </p><p

78、>　　(9)產生網絡表：design, netlist for document, protel. 項目文件夾中可以看到網絡表文件，打開，可以看到元件的說明與電路原理圖的電連接網絡情況； </p><p>　　(10)保存并且打印輸出原理圖紙。設置時，可以充滿整個A4紙打??；</p><p>　　2.1.2 51系統(tǒng)電路 &

79、lt;/p><p>　　圖2-1 51系統(tǒng)電路圖</p><p>　　2.1.3 流水燈電路</p><p>　　圖2-2 流水燈電路圖</p><p>　　在原理圖中，讓LED燈接AT89S51芯片的P0口，本次實驗將會讓這八個流水燈依次逐個閃動。</p><p>　　2.2 PCB的繪制</p>&l

80、t;p>　　2.2.1 PCB圖設計步驟</p><p>　?。?）創(chuàng)建一個PCB文檔：file, new, PCB,SAVE ALL； </p><p>　?。?）PCB參數設置（包括PCB板的尺寸，導線寬度和布線的層面-單面還是雙面版）：右擊PCB的空白處，選擇options, board options,選擇測量單位；

81、在keep out </p><p>　　layer層，選擇place, dimension, dimension畫標尺的長度，以規(guī)劃電路版的長寬大小，再選擇place, line, 畫版的大?。辉儆覔鬚CB的空白處，選擇design, rules,在彈出的卡中點擊routing, width進行設置連接導線的寬度，和布線板層的層數r

82、outing layers，單面板，只選擇bottom layer, 雙面板，還要選擇top layer； </p><p>　　（3）將原理圖中各元件的電氣連接關系，導入PCB文檔中各元件封裝的連接關系，為元件布局的連線提供保證。</p><p>　?。?）將元件選中并拖入PCB板框內，檢查元件的封裝是否合適后，手工布局。布局時要用到元件

83、封閉的選擇、旋轉、排列和封裝的更換與查找。為布線提供良好的環(huán)境，使布線布通的概率提高，盡量少用跳線； </p><p>　　（5）規(guī)劃焊盤的大小與打孔孔徑大小：選擇相似的焊盤：右擊該焊盤，find similar objects, 在彈出的卡中，在該焊盤尺寸的X和Y座標欄中選擇SAME, 點擊OK，再在Inspector卡中，修改X和Y座標相關焊盤參數和hole&

84、#160;size參數后，點擊左鍵，系統(tǒng)即會對相關參數進行修改。再右擊焊盤，選擇filter, clear filter； </p><p>　　（6）手工布線：對哪層布線前，就要先選擇該層后進行布線：interactively route connections； </p><p>　　（7）保存并且輸出PCB板圖； 

85、</p><p>　　2.2.2 51系統(tǒng)的pcb圖</p><p>　　圖2-3 51系統(tǒng)的PCB圖</p><p>　　2.2.3 流水燈的pcb圖</p><p>　　圖2-4 流水燈PCB圖</p><p>　　2.3 軟件編程設計</p><p>　　2.3,1 Keil 軟件的使用

86、方法</p><p>　　進入 Keil C51 后，屏幕如下圖所示。幾秒鐘后出現(xiàn)編輯界</p><p>　　圖2-5 進入Keil C51后的編輯界面</p><p>　　學習程序設計語言、學習某種程序軟件，最好的方法是直接操作實踐。下面通過簡單的編程、調試，引導大家學習Keil C51軟件的基本使用方法和基本的調試技巧。</p><p>

87、　　（1)建立一個新工程　 單擊Project菜單，在彈出的下拉菜單中選中New Project選項 　</p><p>　　圖2-6 新建工程的界面</p><p>　?。?）然后選擇你要保存的路徑,輸入工程文件的名字,比如保存到C51目錄里,工程文件的名字為C51。如下圖所示,然后點擊保存。 </p><p>　　圖2-7 保存路

88、徑的界面</p><p>　　（3）這時會彈出一個對話框,要求你選擇單片機的型號,你可以根據你使用的單片機來選擇,keil c51幾乎支持所有的51核的單片機,我這里還是以大家用的比較多的Atmel 的89C51來說明,如下圖所示,選擇89C51之后,右邊欄是對這個單片機的基本的說明,然后點擊確定.</p><p>　　圖2-8 選擇單片機型號的界面</p><p>

89、;　?。?）完成上一步驟后，屏幕如下圖所示 </p><p>　　圖2-9 完成選擇界面</p><p>　　到現(xiàn)在為止，我們還沒有編寫一句程序，下面開始編寫我們的第一個程序。（5）在下圖中，單擊“File”菜單，再在下拉菜單中單擊“New”選項　 　</p><p>　　新建文件后屏幕如下圖所示：</p><p>　　圖2-10 新建文件

90、界面</p><p>　　此時光標在編輯窗口里閃爍，這時可以鍵入用戶的應用程序了，但筆者建議首先保</p><p>　　存該空白的文件，單擊菜單上的“File”，在下拉菜單中選中“Save As”選項單擊，屏幕如下圖所示，在“文件名”欄右側的編輯框中，鍵入欲使用的文件名，同時，必須鍵入正確的擴展名。注意，如果用Ｃ語言編寫程序，則擴展名為(.c)；如果用匯編語言編寫程序，則擴展名必須為(.a

91、sm)。然后，單擊“保存”按鈕。 </p><p>　　圖2-11 選擇擴展名界面</p><p>　?。?）回到編輯界面后，單擊“Target 1”前面的“＋”號，然后在“Source Group 1”上單擊右鍵，彈出如下菜單</p><p>　　圖2-12 添加文件界面</p><p>　　然后單擊“Add File to Group

92、 ‘Source Group 1’” 屏幕如下圖所示： </p><p>　　圖2-13 選擇添加文件界面</p><p>　　選中Test.c，然后單擊“Add ”屏幕好下圖所示：</p><p>　　圖2-14 添加文件成功界面</p><p>　　2.3.2 流水燈程序</p><p>

93、　　延時實現(xiàn)P0口LED流水燈效果 （用循環(huán)移位指令） </p><p>　　連接方法： JP01（P0）和JP0(LED燈) 用8PIN排線連接起來</p><p>　　#include <reg51.h> //此文件中定義了51的一些特殊功能寄存器</p><p>　　#include <in

94、trins.h></p><p>　　void delayms(unsigned char ms)</p><p><b>　　// 延時子程序</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p

95、>　　while(ms--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(i = 0; i < 120; i++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>&l

96、t;b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char LED1;</p><p>　　unsigned char LED2;</p><p>　　LED1 = 0x01;</p><p>　　LED2=0x01;

97、</p><p>　　//0xfe = 1111 1110</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　while(P0!=0x00)</p><p><b>　　{</b><

98、/p><p><b>　　P0=LED1;</b></p><p>　　delayms(1000);</p><p>　　LED1 = LED1<< 1; //循環(huán)右移1位，點亮下一個LED "<<"為左移位</p><p>　　//if(P0 == 0x00 )</

99、p><p>　　//{LED = 0x01; } // 0xfe = 1111 1110</p><p><b>　　} </b></p><p>　　LED2=0x01;</p><p><b>　　P0=LED2;</b></p><p>　　while(P0!=0x00)

100、</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0=LED2;</b></p><p>　　delayms(1000);</p><p>　　LED2 = LED2 << 1;</p><p><b>　　} </b>

101、;</p><p>　　LED1=0x01;</p><p><b>　　P0=LED1; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　2.4 元件的安裝</p><

102、p>　　元件的安裝堆一起的性能影響很大，不同的電路元件在排列時，有不同的要求。因此，要先理解電路圖原理圖，根據要求，將原件和李地安放在印制板上，再焊接。</p><p>　　元件排列時，一般要注意以下幾點：</p><p>　　電阻，二極管（發(fā)光二級管除外）均采用水平安裝，貼緊印制刷版。電阻的色環(huán)方向應該一致。</p><p>　　插件裝配美觀，均勻，端正，整

103、齊，不能斜歪，高矮有序。 </p><p><b>　　2.5 程序下載</b></p><p>　　程序的下載：由于制作的電路板時沒有特別的設置線燒寫程序的功能，所以程序我是通過HOT51單片機學習板下載程序到STC89C51RC單片機芯片當中，再把單片機芯片轉移到我所制作的電路板當中，即實現(xiàn)了程序的間接下載。</p><p><

104、b>　　3 實物圖</b></p><p>　　3,1 實物正面圖</p><p>　　圖3-1 實物正面圖</p><p>　　3.2 實物背面圖</p><p>　　圖3-2 實物背面圖</p><p><b>　　4 結論</b></p><p&

105、gt;　　通過這次的課程設計,讓我復習了之前學習的關于單片機的知識及Protel99SE的制圖過程，同時學習到了很多書本之外的知識以及認識到了很多問題。我意識到在做任何一件事一定要做好提前準備，就拿這才課設來說，我們就得在做板之前一定要預習和復習將要運用的知識，這次課設過程中我就是沒有提前復習下Protel99SE的使用認為自己以前的所學到的知識足夠了，但是結果發(fā)現(xiàn)還是不夠的，由于Protel99SE軟件使用不夠熟練只能一邊做一邊翻看以

106、前學習的筆記才最后完成了本次課設的制圖。我還意識到了做完一件事情一定要及時堅持要不就會引起后面的工作一齊出錯，在這個課設中我在印板前沒對打印的PCB圖進行檢查，結果印上銅板上掀不開才知道打印PCB圖時弄反了印圖的方向。其實這些拿到到學習中就是一種好的學習態(tài)度，有了此次經歷以后我們一定要端正好自己的學習態(tài)度，其實事前準備，事后及時檢查花不了我們多少時間但是卻能為我們后續(xù)的學習工作節(jié)約了很多時間。</p><p>&

107、lt;b>　　謝 辭</b></p><p>　　對于這次的課程設計，首先最要感謝就是我們的學校和我們的學院了，正是他們提供了這次實踐的機會，讓我們都有了鍛煉的機會，雖然在這次課設中有失敗有累，但是這次課設使得我們有機會把大學前兩年所學的知識有了一個輔以實現(xiàn)的機會，并在這次機會中學到了很多課本上沒有的知識。同時在這里也要感謝我們的指導老師，他給了我們很多指導。在這里特別要感謝我身邊的同學，是他

108、們在我有問題時提供了無私的幫助如果沒有他們的幫助我是不可能順利的完成本次課設任務的。還得感謝為我們做板提場供產地的院科協(xié)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 周平等.單片機應用技術.電子科技大學出版社.</p><p>　　[2] 路勇等.電子電路實驗及仿真.北京：清華大學出版社. <

109、/p><p>　　[3] 沈任元等.常用電子元器件簡明手冊.機械工業(yè)出版社. </p><p>　　[4] 譚浩強.C語言程序設計（第二版).北京：清華大學出版社.[5] 郭天祥.51單片機C語言教程.北京：電子工業(yè)出版社.[6] 胡建.單片機原理及應用.機械工業(yè)出版社.</p><p>　　[7] 李群芳，肖看.單片機原理接口與應用.北京：清華大

110、學出版社，2005.</p><p>　　[8] 孫育才.MCS-51系列單片微型計算機及其應用（第三版）.南京：東南大學出版社，1997.</p><p>　　[9] 徐愛鈞，彭秀華.單片機高級語言C51應用程序設計.北京：電子工業(yè)出版社.</p><p>　　[10] 高峰.單片微機應用系統(tǒng)設計及實用技術.北京：機械工業(yè)出版社，2004.</p>