1、東 北 石 油 大 學 課 程 設 計 課 程 單片機課程設計 題 目 花樣流水燈 院 系 電氣信息工程學院測控系 專業班級 測控技術與儀器二 10-2 班 學生姓名 張路堯 學生學號 100601220216 指導教師 宋金波 段志偉 花樣流水燈1 2012 年 3 月 30 日花樣流水燈1東北石油大學課程設計任務書課程 單片機課程設計 題目 花樣流水燈 專業 測控技術與儀器 姓名 張路堯 學號 100601220216 一、任務 設計一款以 AT89C51 單片機作為主控核心，按鍵控制電路、流水燈顯示電路以及單片機最小系統等模塊組成的核心主控制電路。二、設計要求1 自動控制多路流水按預設的

2、花型進行變換；2 花型種類不少于五種，花型自擬，分別用快慢兩種節拍實現花型交換；3 寫出詳細的設計報告。4 給出全部電路和源程序。三、參考資料1 周國運，單片機原理及應用M.北京：中國水利水電出版社，2009.2 陳梓城,模擬電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，2007.3 陳正義,單片機控制實習M.北京：人民郵電出版社，2006.4 李朝青,單片機原理及接口技術J.北京：人民郵電出版社，2006.完成期限 2012.3. 19 至 2012.3.30 指導教師 宋金波 段志偉 專業負責人 曹廣華 2012 年 3 月 16 日花樣流水燈2目錄第 1 章 緒論.31.1 花樣流水燈.31.2

3、 單片機花樣流水燈.31.3 本設計任務.3第 2 章 總體方案論證與設計.42.1 設計方案.42.2 方案選擇.5第 3 章 系統硬件設計.63.1 直流穩壓電源電路.63.2 單片機最小系統.63.3 LED 電路 .73.4 按鍵控制電路.83.5 串口電路.8第 4 章 系統的軟件設計.10第 5 章 系統調試與測試結果分析.125.1 系統仿真.125.2 仿真調試.12結 論.14參考文獻.15附錄 1 程序.16附錄 2 仿真效果.18花樣流水燈3第 1 章 緒論隨著人們生活環境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色 LED 流水燈。 LED 流水燈由于其豐富的燈光色彩，低廉

4、的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用流水燈來裝飾已經成為一種時尚，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。1.1 花樣流水燈目前市場上各式樣的 LED 流水燈控制器大多數用全硬件電路實現，電路結構復雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據不同場合、不同時間段的需要來調節亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態參數。這種流水燈控制器結構往往有芯片過多、電路復雜、功率損耗大等缺點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對現有的流水燈控制器進行改進。1.2 單片機花樣流水燈L

5、ED 流水燈以 AT89C51 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，利用軟件實現對 LED 燈進行控制。本系統具有體積小、硬件少、電路結構簡單及容易操作等優點。1.3 本設計任務本文介紹了一種簡易 LED 流水燈控制系統的軟硬件設計過程，本方案以AT89C51 單片機作為主控核心，按鍵控制電路、流水燈顯示電路以及單片機最小系統等模塊組成的核心主控制電路。利用軟件編程燒錄程序到單片機來實現對 LED 流水燈進行控制，本系統亮燈模式多，用戶根據操作提示可以隨意變換想要的閃爍方式和控制流水燈的閃爍頻率。本系統具有電路結構簡單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗

6、等優點，具有一定的實用和參考價值。花樣流水燈4振蕩電路控制電路譯碼器LED 顯示電路計數器第 2 章 總體方案論證與設計2.1 設計方案流水燈控制器大致可分為兩種方案實現。一種是利用電子電路裝置控制，另一種是采用單片機控制。方案一：根據設計任務要求介紹的流水燈控制電路的基本組成，可以確定流水燈控制器應由振蕩電路、計數/時序分配電路、移位位寄存器和流水燈顯示五部分組成。其框圖如圖 2-1 所示。圖 2-1流水燈循環控制器硬件框圖方案二：本方案主要是通過對基于單片機的多控制、多閃爍方式的 LED 流水燈循環系統的設計，來達到本設計的要求。其硬件構成框圖如圖 2-2 所示，以單片機為核心控制，由單片

7、機最小系統（時鐘電路、復位電路、電源） 、按鍵控制電路、LED 發光二極管和 5V 直流電源組成。圖 2-2單片機流水燈循環控制系統硬件框圖AT89C51單片機時鐘電路復位電路按鍵控制電路直流 5V 電源電路LED流水燈花樣流水燈5此設計方案中單片機的 P1 口接 5 路按鍵控制電路，實現流水燈花型的切換功能；單片機的 P3.7 引腳接上一個按鈕開關以實現對流水燈閃爍頻率的控制，即實現了快慢兩種節拍實現花型的變換；單片機上的 P2 口接八路 LED 發光二極管組成流水燈電路，顯示流水燈循環情況。2.2 方案選擇結合設計任務書比較以上兩種方案可知：利用電子電路裝置控制，其電路不很復雜，制作相對較

8、容易點，成本也相對較低，但可調性差，亮燈模式少而且樣式單調，達不到設計任務要求或實現困難。采用單片機控制其優點是電路集成度高，工作原理簡單，清晰明了，自定義編程，控制的圖案花樣多，移植性好等。綜上，顯然方案二各方面優越于方案一，以及為了體現專業優勢，本次設計采用第二種方案。花樣流水燈6第 3 章 系統硬件設計3.1 直流穩壓電源電路對于一個完整的電子設計來講，首要問題就是為整個系統提供電源供電模塊，電源電路的穩定可靠是系統平穩運行的前提和基礎。電子設備除用電池供電外，還采用市電（交流電網）供電。通過變壓、整流、濾波和穩壓后，得到穩定的直流電。直流穩壓電源是電子設備的重要組成部分。本項目直流穩壓

9、電源為+5V。 直流穩壓電源的制作一般有 3 種制作形式，分別是分立元件構成的穩壓電源、線性集成穩壓電源和開關穩壓電源。圖 3-1 穩壓電源采用的是三端集成穩壓器 7805 構成的正 5V 直流電源。圖 3-1三端固定式集成穩壓電源電路圖AT89C51 單片機的工作電壓范圍：4.0V-5.5V，所以通常給單片機外接5V 直流電源。此處用 3 節 1.5V 的干電池供電。3.2 單片機最小系統要使單片機工作起來，最基本的電路的構成由單片機、時鐘電路、復位電路等組成，單片機最小系統如圖 3-2 所示。時鐘電路：本系統采用單片機內部方式產生時鐘信號，用于外接一個12MHz 石英晶體振蕩器和 2 個

10、30pF 微調電容，構成穩定的的自激振蕩器，其花樣流水燈7發出的脈沖直接送入內部的時鐘電路。復位電路：確定單片機工作的起始狀態，完成單片機的啟動過程。單片機系統的復位方式有上電自動復位和手動按鍵復位。本設計采用手動按鍵復位，該復位方式同樣具有上電自動復位功能。圖 3-2單片機最小系統3.3 LED 電路花樣流水燈8圖 3-3LED 流水燈顯示電路LED 流水燈顯示電路如圖 3-3 所示，實際上是由 8 個發光二極管和 8 個電阻構成的電路。發光二極管與電阻對應串聯,然后接在與之相對應的 P2 口上。通過軟件編程對 P2 口輸出高低電平來實現不同的閃爍花型。由于發光二極管的導通電壓一般為 1.7

11、V 以上，另外，他的工作電流根據型號不同一般為 1mA 到30mA，電阻選擇范圍 1003000 在此我們這里選用 560 的電阻。3.4 按鍵控制電路按鍵控制電路如圖 3-4 所示，是由 6 個按鍵開關構成的。他們分別接在單片機 AT89C51 的 P1 接口和 P3.0 口,Key1-Key5 接在 P1.0-P1.4,Key6 接在P3.7 上。為了一對一的控制 LED 燈的閃爍方式。當按下開關 Key1 時, LED 流水燈系統閃爍第一種流水燈花型。當按下開關 Key2 時, LED 燈系統閃爍第二種閃爍方式。當閉合 Key6 時，流水燈閃爍節拍變慢。圖 3-4鍵盤控制電路3.5 串口

12、電路串口電路為單片提供與 PC 機連接端口，為單片機提供下載程序到單片機程序存儲器中。串口原理圖如圖 3-5 所示。串口也稱串行通信接口，RS-232 是目前最常用的一種串行通訊接口，由于其形狀和針腳數量的原因，其接頭又被稱為 DB9 接頭。RS-232 針腳定義: 2RXD 接收數據、3TXD 發送數據、 5GND 系統接地，一般就用到這幾個引花樣流水燈9腳。圖 3-5串口原理圖MAX232 芯片是專門為電腦的 RS-232 標準串口設計的單電源電平轉換芯片,使用+5v 單電源供電。MAX23 內部結構基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路：由 1、2、3、4、5、6 腳和 4 只電容構成，

13、功能是產生+12v 和-12v 兩個電源，提供給 RS-232 串口電平的需要。第二部分是數據轉換通道：由 7、8、9、10、11、12、13、14 腳構成兩個數據通道，其中 13 腳（R1IN） 、12 腳（R1OUT） 、11 腳（T1IN） 、14 腳（T1OUT）為第一數據通道，8 腳（R2IN） 、9 腳（R2OUT） 、10 腳（T2IN） 、7 腳（T2OUT）為第二數據通道。TTL/CMOS 數據從 T1IN、T2IN 輸入轉換成RS-232 數據從 T1OUT、T2OUT 送到電腦 DP9 插頭；DP9 插頭的 RS-232 數據從 R1IN、R2IN 輸入轉換成 TTL/C

14、MOS 數據后從 R1OUT、R2OUT 輸出第三部分是供電：15 腳 DNG、16 腳 VCC（+5v） 。花樣流水燈10第 4 章 系統的軟件設計單片機的應用系統由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，還不能看到多控制、多閃爍方式的 LED 燈系統循環點亮的現象，還需要告訴單片機怎么樣進行控制，即編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現發光二極管的明滅。軟件編程是多控制、多閃爍方式的 LED 燈系統中的一個重要的組成部分，是本設計的重點和難點。下面將闡述多控制、多閃爍方式的 LED燈系統是如何實現 8 個 LED 燈的循環點亮，來介紹實現流水燈控制的軟件編程方法。 本設計是以

15、單片機 AT89C51 為核心控制 8 個發光二極管 5 種閃爍方式的變判斷有無按鍵按下YN開始當 Key1-Key5有鍵按下時調用延時程序調用彩燈循環程序當 Key6 按下時設定相應的延時參數 R5 的值圖 4-1主程序流程圖花樣流水燈11換。硬件電路如圖附錄 1 所示，八個發光二極管 D1D8 分別接在單片機的P2.0P2.7 接口上，當給 P2.0 口輸出“0”時，發光二極管點亮，當輸出“1”時，發光二極管熄滅。可以運用輸出端口指令 MOV P0，A 或 MOV P0，DATA，只要給累加器值或常數值，同理，接在 P2.1P2.7 口的其他 7 個 LED 的點亮和熄滅的方法同 LED1

16、。因此，要實現流水燈功能，只要將發光二極管LED1LED8 依次點亮、熄滅，8 只 LED 燈便會一亮一暗的成流水燈了。在此還應注意一點，由于視覺暫留效應以及單片機執行每條指令的時間很短，在控制二極管亮滅的時候應該延時一段時間，否則我們就看不到閃爍效果。程序啟動時跳轉到鍵盤判斷模塊程序中，此程序里面包含 Key1-Key5 的按鍵情況判斷，循環檢測直到有按鍵按下的時候，程序轉去相對應按鍵的流水燈顯示的花型模塊，與此同時，當按鍵 Key6 有閉合時，程序中調用延時程序時，給延時參數賦值上另一個值，是延時程序延時時間發生改變，以達到不同快慢節奏閃爍的流水燈。具體程序流程如圖 4-1 所示。花樣流水

17、燈12第 5 章 系統調試與測試結果分析5.1 系統仿真 本設計使用的 Keil C51 軟件來進行編程。Keil C51 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境將這些部份組合在一起。Proteus 的 ISIS 是一款 Labcenter 出品的電路分析實物仿真系統，可仿真各種電路和 IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業的單片機軟件仿真系統，如圖 5-1 所示：圖 5-1仿真電路圖花樣流水燈135.2 仿真調試本系統的調試是把在 Keil 里面寫好的程序通過編譯不出現任何錯誤后將生成的后綴名為.

18、HEX 的文件加載到 AT89C51 單片機中。接下來我們將在PROTEUS 軟件進行軟硬件結合的調試，如圖 5-2 所示：圖 5-2程序編譯 下面是在 PROTEUS 軟件仿真系統中的調試結果，如表 5-1 所示：表 5-1 測試結果及狀態分析經以上仿真上測試證實，能實現本設計系統要求的預期的功能。序號測試項目測試方法測試結果行狀態分析1是否能正常工作打開仿真電路圖，加載程序，點擊開始運行。無任何錯誤提示仿真電路正常2流水燈花型控制運行仿真，隨機按下任意按鍵，觀察流水燈顯示效果。對應按鍵按下，流水燈出現不同花型。本設計實現了多控制、多閃爍的LED 流水燈循環。3節奏快慢控制按閉合 Key6，

19、觀察流水燈循跳動節奏當閉合 Key6 是，流水燈循環閃爍變慢。本設計實現了用快慢兩種節拍實現花型交換。花樣流水燈14結 論本方案以 AT89C51 單片機作為主控核心，按鍵控制電路、流水燈顯示電路以及單片機最小系統等模塊組成的核心主控制電路，利用軟件編程燒錄程序到單片機來實現對 LED 流水燈進行控制，與其他 LED 流水燈相比該電路結構簡單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗等優點，其電路集成度高，工作原理簡單，清晰明了，控制圖案的花樣多，移植性好。花樣流水燈15參考文獻1 周國運，單片機原理及應用M.北京：中國水利水電出版社，2009.2 陳梓城，模擬電子技術基礎M.北京：高等教育出版

20、社，2007.3 陳正義，單片機控制實習M.北京：人民郵電出版社，2006.4 李朝青，單片機原理及接口技術J.北京：人民郵電出版社，2006.花樣流水燈16附錄 1 程序主程序：ORG 0000HLJMP MAINORG 0040HMAIN:MOV P1,#0FFHMOV A,P1CJNE A,#11111110b,S1LCALL K1S1:CJNE A,#11111101b,S2LCALL K2S2:CJNE A,#11111011b,S3LCALL K3S3:CJNE A,#11110111b,S4LCALL K4S4:CJNE A,#11101111b,MAINLCALL K5LJMP

21、 MAIN按鍵程序：K1:MOV A,#01111111bC1:RL AMOV P2,ALCALL DelayJNB P1.1,K2JNB P1.2,K3JNB P1.3,K4JNB P1.4,ZLJMP C1K2:MOV P2,#0FEHLCALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#00HLCALL DelayMOV P2,#80

22、HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0FEHLCALL DelayMOV P2,#0FFHLCALL DelayLJMP MAIN花樣流水燈17Z: LJMP K5K3:MOV P2,#55HLCALL DelayMOV P2,#0AAHLCALL DelayMOV P2,#0FFHLJMP MAINK4:MOV P2,#01111110BLCALL DelayM

23、OV P2,#00111100BLCALL DelayMOV P2,#00011000BLCALL DelayMOV P2,#00000000BLCALL DelayMOV P2,#10000001BLCALL DelayMOV P2,#11000011BLCALL DelayMOV P2,#11100111BLCALL DelayMOV P2,#11111111BLCALL DelayLJMP MAINK5:MOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10111111BLCALL DelayMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10011111BLCALL