單片機(jī)課程設(shè)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(jié)構(gòu)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(jī)5</p><p>　　4.2集成穩(wěn)壓器78056</p><p>　　第五章 重點(diǎn)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(fù)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(jié)果12</p><p>　　6.4實(shí)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(xiàn)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(shí)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(dāng)今時代是一個新技術(shù)層出不窮時代，在電子領(lǐng)域尤其是自動化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成控制系統(tǒng)，正以前所未見速度被單片機(jī)智能控制系統(tǒng)所取代。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可以說，智能控制與自動控制核心就是單片機(jī)。目

7、前，一個學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機(jī)高潮正在工廠、學(xué)校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。學(xué)習(xí)單片機(jī)最有效方法就是理論與實(shí)踐并重，本課題運(yùn)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(diǎn)介紹了其硬件仿真，且通過本次電子課程設(shè)計，了解電子產(chǎn)品設(shè)計的一般過程，掌握電子線路設(shè)計的基礎(chǔ)方法和一般過程，能靈活運(yùn)用已學(xué)過或者類似的集成塊構(gòu)成電路實(shí)現(xiàn)上述功能，還能用PROTEL等軟件進(jìn)行電路的仿真，掌握了電子電路調(diào)試的方法，且能獨(dú)立解決設(shè)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(jī)控制16單元LED燈，可實(shí)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(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練

9、和考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)生來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)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(diǎn)亮，即從LED1開始向LED16方向流水移動點(diǎn)

10、亮。</p><p>　　花樣二：一盞燈從左至右點(diǎn)亮，即從LED16開始向LED1方向流水移動點(diǎn)亮。</p><p>　　花樣三：讓一組彩燈要求一盞燈從左至右逐個點(diǎn)亮不滅，即從LED16開始向LED9方向逐個點(diǎn)亮不熄滅，知道全部點(diǎn)亮后熄滅；然后讓另一組彩燈要求從左至右逐個點(diǎn)亮不滅，即從LED8開始向LED1方向逐個點(diǎn)亮不熄滅，直到全部點(diǎn)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(fù)始。</p><p>　　2.2 LED的總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2.1 LED的總體結(jié)構(gòu)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(diǎn)亮，即從LED1開始向LED16方向流水移動點(diǎn)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(diǎn)亮，即從LED16開始向LED

13、1方向流水移動點(diǎn)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(diǎn)亮不滅，即從LED16開始向LED9方向逐個點(diǎn)亮不熄滅，直到全部點(diǎn)亮后熄滅；然后讓另一組彩燈要求從左至右逐個點(diǎn)亮不滅，即從LED8開始向LED1方向逐個點(diǎn)亮不熄滅，直到全部點(diǎn)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(fù)始，不斷循環(huán)。從而實(shí)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(jī)</p><p>　　圖4.1 AT89S51單片機(jī)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(quán)的中</p><p><b>　　斷結(jié)構(gòu)；</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(hù)，采用了噪聲低，溫度漂移小的基準(zhǔn)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(fù)載輸出電阻。當(dāng)輸出電較大時，7805應(yīng)配上散熱板。</p><p>　　第五章 重點(diǎn)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(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時鐘頻率，單片機(jī)

20、提供的時鐘頻率越高那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快單片機(jī)的一切指令都是建立在單片機(jī)晶振提供的時鐘頻率上。</p><p>　　本次課程設(shè)計主要采用的是51單片機(jī)，采用12M的晶振，則其機(jī)器周期就為1us，而其振蕩電容約為1—30pF，在實(shí)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(hù)，采用了噪聲低，溫度漂移小的基準(zhǔn)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(fù)載輸出電阻。當(dāng)輸出電較大時，7805應(yīng)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(fù)位電路</b></p><p><b>　　圖5.3復(fù)位電路</b></p><p>　　在時鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)便可

23、實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)服務(wù)。為保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復(fù)位在設(shè)計復(fù)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(jī)就會循環(huán)復(fù)位；當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，MCS-51單片機(jī)就從0000H地址開始執(zhí)行程序，在單片機(jī)復(fù)位的有效期間，ALE、PSEN 引腳輸出高電平。</p><p><b>　　有關(guān)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>　　（1）電阻的計算</b></p><p>　　圖5.4 LED電阻圖</p><p>　　如圖5.3所示，設(shè)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>　?、?.7V為單片機(jī)低電平電壓值，</p><p>　?、蹖?shí)際電路的工作電壓為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(yàn)，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>　　②在復(fù)位電路中R1和R2的電阻根據(jù)實(shí)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(yùn)行。</p><

29、p>　　②輕觸開關(guān)為復(fù)位按鈕，當(dāng)要對芯片復(fù)位時，只要輕觸開關(guān)按鈕，將RET引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機(jī)器周期以上的時間，AT89S51 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。</p><p>　?、蹖?shí)際電路中，默認(rèn)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(jìn)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>　　④通過EA/VPP引腳將其接成高電平使程序運(yùn)行時訪問內(nèi)部程序存儲器， 當(dāng)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(yùn)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(shè)計主要采用的是AT89S51單片機(jī)。&

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(dāng)使用當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(fù)位信號，高電平有效，當(dāng)此輸入端保持2個機(jī)器周期以上的高電平時，就可以完成單片機(jī)的復(fù)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(fù)位電路，在復(fù)位電路中安裝一個復(fù)位按鈕來控制整個電路的復(fù)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(dāng)不接片外存儲器或不擴(kuò)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(zhǔn)雙向通用I/O口，其負(fù)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(shè)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(shí)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(diǎn)擊播放，看電路是否正常運(yùn)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(yùn)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(diǎn)電路的畫圖，因?yàn)橐郧皩W(xué)習(xí)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(yùn)行，并且能夠按照設(shè)計的花式去變換。</p><p><b&

36、gt;　　6.3仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　圖6.1 仿真圖</b></p><p>　　6.4實(shí)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(jìn)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?yàn)樵趯?shí)際電路的連接過程中，因?yàn)椴?/p>

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(dǎo)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(dǎo)致電路無法正常的運(yùn)行?；蛘呤窃诤附拥倪^程中由于錫過多，而導(dǎo)致電路短路。所以掌握焊接的基本技巧也是個很重要的關(guān)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(shè)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?yàn)榫€比較多，可能會導(dǎo)致跳線跳的比較多。所以盡量想好如何安排好布局后才進(jìn)行布線。在做實(shí)物的時候，元器件的排版，是一個很重要的地方，因?yàn)樗P(guān)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?xí)霈F(xiàn)無法走線，或是導(dǎo)線大量浪費(fèi)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(dǎo)致整個電路無法正常運(yùn)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?xí){(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(fù)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(shè)計是培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生在學(xué)習(xí)完本課程后綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識，解決實(shí)際工程設(shè)計和應(yīng)用問題的能力的重要環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計，熟悉和掌握單片機(jī)的硬件設(shè)計的方法、原理、設(shè)計步驟。熟練掌握單片機(jī)系統(tǒng)與接口擴(kuò)展電路的設(shè)計方法，不僅要培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力，檢驗(yàn)學(xué)生對本門課學(xué)習(xí)的情況，更要培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際的工程設(shè)計中查閱資料，撰寫設(shè)

41、計報告表達(dá)設(shè)計思想和結(jié)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(fù)責(zé)硬件部分，通過這次課程設(shè)計，我能夠熟練的運(yùn)用硬件來實(shí)現(xiàn)特定的功能，盡管我只運(yùn)用了硬件部分，但在進(jìn)行課程設(shè)計的時候，我們這組將軟件與硬件相結(jié)合，充分的去了解LED流水燈的工作原理。</p><p>　　在本次課程設(shè)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(yùn)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(rèn)真調(diào)節(jié)都得到了一一的解決。這次課程設(shè)計，我們不僅做了硬件的仿真，還做了實(shí)際電路，從中我們學(xué)會了實(shí)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?yàn)殡娐返奶摵福约半娮?，電容阻值選擇錯誤的原因，在做實(shí)物的過程中，我們學(xué)會了用實(shí)踐來證明理論，從而鍛煉了我們在實(shí)際電路中的動手能力和在實(shí)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(jī)課程設(shè)計，我感慨頗多。從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩個星期，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能

44、力。在設(shè)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(xué)過的理論知識掌握得不夠透徹，對單片機(jī)匯編語言掌握得不好，以及缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這次課程設(shè)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(xué)習(xí)和工作都會有很大的幫助的。</p><p><b>　　第八章 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)

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

46、片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》 何立民編著 北京航空行天大學(xué)出版社</p><p>　　[6]《單片機(jī)實(shí)用技術(shù)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