1、單片機原理及應用2013-2014學年第一學期單片機原理及應用大作業題目：指示燈開關控制器學生姓名 龐玉穎 學 號 1021211204 所屬學院 信息工程學院 專 業 計算機科學與技術 班 級 計算機15-2班 授課教師 張 任 教師職稱 講 師 塔里木大學教務處制單片機原理及應用摘要 隨著時間的推進，時代變得越來越人性化，服務人的物品和電器也隨著我們的不同需求而改變的個性化與舒適化。在我們的日常生活中，隨處可見的指示燈便是運用了單片機的原理，不僅只需要小小的一個芯片就可以能夠指示所有的交通，更是可以能應用在很多的電器上，這只智慧的結晶，也是人類在科技上的進步，指示燈被用在飛機，路燈，紅綠燈

2、，船舶等方面，加深了單片機指示燈控制的價值，所有的科學應用都是在嚴謹的科學情況下得到很好的發展。關鍵詞：指示燈、80c51單片機、LED燈、芯片。AbstractOver time, time is becoming more and more humanized, service items and electrical appliances as we also change with the different requirements of personalized and comfort. In our daily life, everywhere is the indicator

3、of the principle of using the single chip microcomputer, only need a small chip can not only can instruct all the traffic, but also can can be used in many applications, the crystallization of the wisdom, is human's progress in science and technology, light is used in aircraft, street lamps, tra

4、ffic lights, ships, etc., to deepen the value of the single-chip microcomputer light control, all scientific application is under the condition of the rigorous science to obtain the very good development.Keywords: light, 80 c51, LED lamp, the chip.目錄摘要3目錄41.緒論51.1課題背景及研究意義51.2國內外現狀51.3課程設計的目的51.4課題的

5、主要工作62.系統概述62.1方案論證62.2系統元件清單62.3系統設計原理72.4系統設計步驟72.5指示燈開關控制器預期效果73.系統硬件設計73.1 主控電路設計73.2指示燈開關控制器系統原理圖84.系統軟件設計84.1主程序設計84.2 指示燈開關控制器程序分析84.3程序流程圖94.4程序源代碼94.5在Proteus ISIS中的程序結果104.6在Proteus ARES中的程序結果124.7在Proteus ARES中的3D效果圖13個人總結14參考文獻15附錄A 系統整體電路16附錄B 全部程序清單171.緒論1.1課題背景及研究意義單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規

6、模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統，在工業控制領域廣泛應用。單片機的基本結構包括：運算器、控制器、主要寄存器（累加器A、數據寄存器DR、指令寄存器IR和指令譯碼器ID、程序計數器PC、地址寄存器AR）。近年來單片機發展十分迅速，單片機的應用已經滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各個行業。 本設計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特

7、別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優點，在數字、智能化方面有廣泛的用途。1.2國內外現狀單片機也被稱為微控制器（Microcontroller），是因為它最早被用在工業控制領域。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發展出了MCS51系列單片機系統?；谶@一

8、系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著工業控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價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展，高端的32位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。當代單片機系統已經不再只在裸機環境下開發和使用，大量專用的嵌入式操作系統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。1.3課程設計的目的（1）學習匯編語言的編程和調試方法，了解80C51單片機的用途和結構，了解

9、I/O口基本輸入/輸出功能。學習使用Proteus 模塊的原理圖繪圖方法及單片機系統仿真運行方法。（2）鞏固、加深和擴大單片機應用的知識面，提高綜合及靈活運用所學知識解決問題。（3）培養針對課題需要，選擇和查閱有關手冊、圖表及文獻資料的自學能力，提高組成系統、編程、調試的動手能力。（4）通過對課題設計方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機用系統開發、研制的過程，軟硬件設計的方法、內容及步驟。1.4課題的主要工作本課題的研究重點是設計一種基于單片機的指示燈/開關控制系統。能夠根據所按下的開關打開對應的燈。具體內容如下：（）程序開始運行后8只發光二極管先整體閃爍3次；（）根據開關狀態控制對應發光二極管

10、的亮燈狀態；2.系統概述2.1方案論證根據系統設計需要，功可以歸納總結為兩個方案，具體方案如下：方案一：在熟悉Proteus軟件下，了解軟件的結構組成與功能，進行模仿指示燈開關控制器的開發，利用匯編語言的程序設計方法來做程序的代碼編程，可是這樣就存在了一定的知識不夠的理想狀態，不僅要有對匯編語言的深刻理解和認識，并切還要掌握一定的知識理論在ISIS模塊中進行匯編程序的錄入和編寫、調試。我們對匯編語言并沒有過深的學習，所以這樣反而加大了時間上的延伸，這是時間不能夠允許的。理解單片機程序控制原理還是對實現指示燈開關控制器的預期功能都達不到，所以這種方案我們直接舍棄。方案二：先是通過電路圖的繪制，在

11、進行ISIS模塊中進行匯編程序的錄入，這樣不僅能夠節省很大的時間而且還能在繪圖時給我們理解的知識加入到匯編程序中去。等電路圖和匯編語言寫好后再進行調試就會加快我們的課設進度，不用查找過多的資料和深刻分析程序。因為在我們繪圖時就已經對匯編有一定的分析和解讀。并且能夠掌握知識重要度和理論性知識更加深刻，對匯編也會加深理解和操作能力，我認為方案二好。 結論：選擇方案二不僅能夠給我們節省一部分時間來沖分驗證，而且還給我們自己練習的空間，這樣就會在做成課設的同時加深我們對書籍，編譯語言，繪圖方面的深化和鞏固，達到我們預期的目標。所以我選擇方案二。2.2系統元件清單CategoryReferenceVal

12、ueMicroprocessor ICsU180C51MiscellaneousX1/12MHzCRYSTALCapacitorsC2C3/30pFCAPCapacitorsC1/22uFCAP-ELECResistorsR1/1kRESResistorsR2R9/200RESOptoelectronicsD1D8LED-YELLOWSwitches&RelaysSW1SW8SWITCH圖1：系統元件清單2.3系統設計原理輸入電路由外接在P1口的吧只開關組成；輸出電路由外接在P2口的八只發光二極管組成。此外，還包括時鐘電路和復位電路。程序啟動后，八只發光二極管先整體閃爍3次（即亮暗亮暗

13、亮暗，間隔時間以肉眼可觀察到為準）。然后根據開關狀態控制對應發光二極管的亮燈狀態，即開關閉合和相應燈亮，反之則相反。2.4系統設計步驟（1）在ISIS中繪制電路原理圖,按照圖1將元件添加到編輯環境中；（2）在ISIS中編寫匯編語言程序；（3）利用ISIS的匯編調試功能檢查程序的語法和編輯錯誤；（4）觀察仿真結果，檢查程序與電路的正確性。2.5指示燈開關控制器預期效果當程序啟動時，可以看到8只發光二極管整體循環閃爍三次，閃爍快慢由延時時間決定，間隔時間由所設定的80c51的頻率決定，然后根據所設開關的狀態對應二極管的亮燈狀態。3.系統硬件設計3.1 主控電路設計 圖2:80C51單片機P1口讀取

14、開關狀態的工作原理:通過P1的讀引腳功能來實現,由于P1口內設上拉電阻，在開關閉合前讀取高電平，經過三態門在P1.n輸出高電平。當開關閉合時，由于與地面相連，P1讀取低電平，經過三態門在P1.n輸出低電平。P1口輸出工作原理：單片機執行寫P1,#data時，數據data經過內部總線送入鎖存器儲存。當數據為，則該位鎖存器輸出Q=1，則非Q為0，場效應管截止，從而在引腳P1.n上輸出高電平；反之，如果數據為0，則Q=1，非Q為0，場效應管導通，引腳P1.n上輸出低電平。P2口控制LED燈的原理也是通過P2口的輸出原理實現的，程序不斷把P1的內容傳遞給P2。當給P1口賦初值0或開關閉合時，P1.n輸

15、出0，P2口讀取0，在引腳P2.n上輸出低電平，由原理圖中LED的擺放方式知LED燈低電平導通。同理當給P1口賦初值#FFH或開關斷開時，P1.n輸出1，P2口讀取1，在引腳P2.n上輸出高電平，LED燈截止，燈滅。3.2指示燈開關控制器系統原理圖 圖3：系統電路原理圖4.系統軟件設計4.1主程序設計整個系統的功能是由硬件電路配合軟件來實現的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監控軟件（主程序），它是整個控制系統的核心，專門用來協調各執行模塊和操作者的關系。二是執行軟件（子程先執行）這樣就可以能夠測出指示燈開關控制器的指示情況來。4.2 指示燈開關

16、控制器程序分析（1）程序開始運行后8只發光二極管先整體閃爍3次（即亮暗亮暗亮暗）。亮燈：向P2口送入數值0（P2<-0）;滅燈：向P2口送入數值0FFH（P2<-0FFH）； 閃爍次數：整體循環三次；閃爍快慢：軟件延時時間。（2）根據開關狀態控制燈亮與燈滅，即開始閉合相應燈亮，反之則相反。開關控制燈：將P1口內容送入P2口（P2<-P1）;無限持續：整體無條件循環。4.3程序流程圖P2 P1計數器-1=0計數器#3延時xmsP2#030延時xmsP2#0FFH開始圖4：程序流程圖4.4程序源代碼 MOV R5,#3 LOOP1: MOV P2,#0 ACALL DELAY M

17、OV P2,#0FFH ACALL DELAY DJNZ R5,LOOP1 LOOP2: MOV P2,P1 SJMP LOOP2 DELAY: MOV R0,#100 DEL0: MOV R1,#50 DEL1: MOV R2,#25 DEL2: DJNZ R2,DEL2 DJNZ R1,DEL1 DJNZ R0,DEL0 RET END4.5在Proteus ISIS中的程序結果（1）在ISIS中電路效果圖：圖5：指示燈開關控制器電路圖（2）根據開關狀態控制對應發光二極管的亮燈狀態；當按下開關所有時：圖6：按下所有開關后的效果圖（3）當按下開關SW2、SW4、SW6、SW8時：圖7：當按下

18、開關SW2、SW4、SW6、SW8的效果圖（4）當按下開關SW1、SW3、SW5、SW7時：圖8：當按下開關SW1、SW3、SW5、SW7的效果圖（5）代碼調試窗口：圖9：代碼調試窗口4.6在Proteus ARES中的程序結果 圖10：在Proteus ARES中的指示燈開關控制器鍍銅效果圖 圖11：鍍銅后的指示燈開關控制器4.7在Proteus ARES中的3D效果圖（1）3D效果俯視圖：圖12：3D效果俯視圖（2）3D效果正面圖：圖13:3D效果正面圖個人總結本次大作業是在學過匯編語言后的實踐，由于一些實驗的基礎，本次單片機大作業在繪制指示燈開關控制器原理圖的過程中并未出現大問題。此外，

19、還學會了一種自動遞增產生標注的方式，提高了標號的效率。繪制電路時，需要注意LED的放置方式，擺放狀態的不同會影響導通條件。我所做的指示燈開關控制器的功能是：當程序啟動時，可以看到8只發光二極管整體循環閃爍三次，閃爍快慢由延時時間決定，間隔時間由所設定的80c51的頻率決定，根據所設開關的狀態可以控制對應二極管的亮燈狀態。這次單片機大作業最重要的內容是源程序的書寫，源代碼的編譯，加載和運行。本次大作業的源程序是書上214頁實驗二所給流程圖的步驟來書寫的。在進行程序編譯時，我通過不斷的改正和調試，進一步認識到了匯編語言的形式。與此同時，在調試可執行文件時，將源代碼，CPU寄存器，SFR的相關狀態對

20、話框同時調出，使我更加直觀地了解到80c51單片機在執行指令時，內部的狀態變化。不僅給我自己增長了見識，還給我以后的調試都打下了良好的基礎。通過這次大作業我了解哪些方面不足，我今后會更加努力的朝著全面的方向發展，在同學的幫助和自己的不懈努力下完成的。也體會到團結的重要性何必要性，一個團隊不能只有自己，還要有其他人，這樣就會向成功邁向關鍵的一步?？傮w來說，這次單片機大作業還是比較順利的。在自己動手實踐的過程中，讓我更直觀的認識到單片機的工作原理，增添了對學習單片機的興趣和信心。為我以后的學習還是工作都打下了堅實的基礎。參考文獻1劉德營、張志霞、龔麗農、李志偉.單片機原理及接口技術.中國水利水電出

21、版社.2黃堅.自動控制原理及其應用.高等教育出版社.3黃雙成.單片機應用技術.中國電力出版社.4杜樹春.單片機應用系統開發實例詳解.機械工業出版社.5繼強、邢春香.單片機應用設計培訓教程.北京航空航天大學出版社.6楊路明.C語言程序設計教程.北京郵電大學出版社. .  7羅亞非.凌陽16 位單片機應用基礎M.北京航空航天大學出版社.8查振亞,葉向陽. 智能控制系統J. 華中理工大學學.9譚浩強.C 程序設計M. 清華大學出版社.10何立民.單片機應用技術大全M.北京航空航天大學出版社.11李廣弟.單片機基礎M.北京

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