用單片機實現流水燈的控制設計1.引言當今時代是一個新技術層出不窮的時代，在電子領域尤其是自動化智能控制領域，傳統的分立元件或數字邏輯電路構成的控制系統，正以前所未見的速度被智能控制系統所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。目前，一個學習與應用單片機的高潮正在工廠、學校及企事業單位大規模地興起。學習單片機的最有效方法就是理論與實踐并重，本設計課題是流水燈的控制設計，流水燈是一串按一定的規律像流水一樣連續閃亮。流水燈控制是可編程控制器的一個應用，其控制思想在工業控制技術領域也同樣適用。2.硬件組成2.1總體方案設計分析要求用8255的A口和B口做為輸出，接16個發光二極管，從而實現16位流水燈的顯示效果，基本的界限可如下圖A所示，在C口的地兩位接兩個開關，實現兩個擴展功能的控制。i：基本流水燈顯示電路A口和B口兩個端口不能同時復制，從而在試驗中可以用BX進行需要復制的數據的存儲，因為BX可以分從BHBL兩個部分進行獨立的操作，在本次試驗中用BH對A口進行賦值，用BL對B口進行賦值，通過演示一段時間再對BHBL進行移位和輸出，實現流水燈的效果。ii:正反方向選擇把PC.0口接在開關上，編寫程序對C端口的數據進行讀取，并進行判斷，使得當PC.0為高電平的時候則燈進行左移，同時B口與A口相反。iii：快慢速度控制把PC.1口接在開關上，編寫程序對C端口的數據進行讀取，并進行判斷，使得當PC.1為高電平的時候則延時的時間縮短，使得流水燈的流水速度加快，低電平的時候則進行延時的時間變長，使得流水燈的流水速度加快。3硬件原理設計A該模塊的WR.RD分別練到PC總線接口模塊的XIOW和XIORB該模塊的數據（AD0~AD7）、地址線（A0~A7）分別連到PC總線接口模塊的數據（D0~D7）、地址線（A0~A7）C8255模塊選通線CA連到PC總線接口模塊的IOY3D8255的PA0~PA7連到發光二極管的L1~L8;8255的PB0~PB7連到發光二極管的L9~L16E8255的PC0PC1分別練到開關K0K1F軟件流程框圖及程序清單按照單片機系統擴展與系統配置狀況，單片機應用系統可分為最小系統、最小功耗系統及典型系統等。AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS8位單片機，具有豐富的內部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個16位定時/計數器、5個向量兩級中斷結構、2個全雙工的串行口，具有4.25～5.50V的電壓工作范圍和0～24MHz工作頻率，使用AT89C51單片機時無須外擴存儲器。因此，本流水燈實際上就是一個帶有八個發光二極管的單片機最小應用系統，即為由發光二極管、晶振、復位、電源等電路和必要的軟件組成的單個單片機。其具體硬件組成如圖1所示。圖1流水燈硬件原理圖2.1硬件組成分析1）總體方案設計分析要求用8DC52的P0口做為輸出，接8個發光二極管，從而實現8位流水燈的顯示效果，在C口的地兩位接兩個開關，實現兩個擴展功能的控制。：基本流水燈顯示電路如果要讓接在P0.0口的D5亮起來，那么只要把P0.0口的電平變為低電平就可以了；相反，如果要接在P0.0口的D5燈熄滅，就要把P0.0口的電平變為高電平；同理，接在P0.1～P0.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同D5。因此，要實現流水燈功能，我們只要將發光二極管D1～D8依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的做流水燈了。A口和B口兩個端口不能同時復制，從而在試驗中可以用BX進行需要復制的數據的存儲，因為BX可以分從BHBL兩個部分進行獨立的操作，在本次試驗中用BH對A口進行賦值，用BL對B口進行賦值，通過演示一段時間再對BHBL進行移位和輸出，實現流水燈的效果。ii:正反方向選擇把PC.0口接在開關上，編寫程序對C端口的數據進行讀取，并進行判斷，使得當PC.0為高電平的時候則燈進行左移，同時B口與A口相反。iii：快慢速度控制把PC.1口接在開關上，編寫程序對C端口的數據進行讀取，并進行判斷，使得當PC.1為高電平的時候則延時的時間縮短，使得流水燈的流水速度加快，低電平的時候則進行延時的時間變長，使得流水燈的流水速度加快。3硬件原理設計A該模塊的WR.RD分別練到PC總線接口模塊的XIOW和XIORB該模塊的數據（AD0~AD7）、地址線（A0~A7）分別連到PC總線接口模塊的數據（D0~D7）、地址線（A0~A7）C8255模塊選通線CA連到PC總線接口模塊的IOY3D8255的PA0~PA7連到發光二極管的L1~L8;8255的PB0~PB7連到發光二極管的L9~L16E8255的PC0PC1分別練到開關K0K1F軟件流程框圖及程序清單從原理圖中可以看出，如果要讓接在P1.0口的LED1亮起來，那么只要把P1.0口的電平變為低電平就可以了；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的電平變為高電平；同理，接在P1.1～P1.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實現流水燈功能，我們只要將發光二極管LED1～LED8依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的做流水燈了。在此我們還應注意一點，由于人眼的視覺暫留效應以及單片機執行每條指令的時間很短，我們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“流水”效果了。3.軟件編程#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar //定義無符號字符#defineuintunsignedint //定義無符號整數sbitk1=P3^4;//增加鍵sbitk2=P3^5;//減少鍵unsignedcharPWM=0x7f;//賦初值intch=100;unsignedchartemp=0xff;unsignedcharshu=0x00;unsignedchark=0;unsignedchar m=1;voiddelayms(charms);//voidliu();voidline();voidshudu();voidfangxiang();voiddelay(uintt);voidtiao();unsignedcharconstzu[]={ 0xff,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,};voidmain(){P1=0xff;// P0=0xff;TMOD=0x21;TH0=0xff;//1ms延時常數TL0=0x02;//頻率調節TH1=PWM;//脈寬調節TL1=0;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1; //P0=0xff; //EA=1; EX0=1; EX1=1; //TCON=0x01; IE0=1; IE1=1; IT0=1; IT1=1; while(1) { if(P1==0xef) {if(PWM!=0xff) {PWM++; delayms(10); }}if(P1==0xdf){if(PWM!=0x02) { PWM--; delayms(10); }} if(P1==0x7f) { //delayms(10); if(P1==0x7f) { fangxiang(); } } }}/*********************************************************///設置LED燈的亮滅程度/*********************************************************//*********************************************************///定時器0中斷服務程序./*********************************************************/voidtimer0()interrupt1{TR1=0;TH0=0xff;TL0=0x02;TH1=PWM;TR1=1; if(PWM<0xff) { P0=shu;//啟動輸出 }}/*********************************************************///定時器1中斷服務程序/*********************************************************/voidtimer1()interrupt3{TR1=0;P0=0xff;//結束輸出}/*********************************************************///延時子程序/*********************************************************/voiddelayms(charms){chari;while(ms--){for(i=0;i<120;i++);}}/*********************************************************///設置流水燈的方向/*********************************************************/voidfangxiang(){ //while(1) uinti; uintj; uinta=1; uintb=9;// uchartemp;// TR0=0;// TR1=0;while(P1!=0xf7) {if(m%2==1) { for(i=b;i<8&&P1!=0xf7;i++)//8個流水燈逐個閃動 { if(m%2==1) { shu=zu[i]; delay(ch);//調用延時函數 // b--; } } } b=9; for(i=1;i<9&&P1!=0xf7;i++)//8個流水燈逐個閃動 { if(m%2==1) { shu=zu[i]; delay(ch);//調用延時函數 a++; } } if(m%2==0) {for(j=a;j>0&&P1!=0xf7;j--) { if(m%2==0) { shu=zu[j]; delay(ch);//調用延時函數 // a--; } } } a=1; for(j=8;j>0&&P1!=0xf7;j--)//8個流水燈逐個閃動 { if(m%2==0) { shu=zu[j]; delay(ch);//調用延時函數 b--; } } }// TR0=1;// TR1=1;//{ P0=0x0f;}shu=0x00;}voiddelay(uintt)//定義延時函數{registeruintbt;for(;t>0;t--)for(bt=0;bt<255;bt++);}voidint_0()interrupt0{ EX0=0; // delayms(1); ch=ch+40; if(ch>=200) { ch=20; } //delayms(15); EX0=1;} voidint_1()interrupt2{ // uintm; EX1=0; m++; if(m==100) { m=1; } EX1=1;} 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，我們還不能看到流水燈循環點亮的現象，我們還需要告訴單片機怎么來進行工作，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一亮一滅。軟件編程是單片機應用系統中的一個重要的組成部分，是單片機學習的重點和難點。下面我們以最簡單的流水燈控制功能即實現8個LED燈的循環點亮，來介紹實現流水燈控制的幾種軟件編程方法。3.1位控法這是一種比較笨但又最易理解的方法，采用順序程序結構，用位指令控制P1口的每一個位輸出高低電平，從而來控制相應LED燈的亮滅。程序如下：ORG

0000H

；單片機上電后從0000H地址執行AJMP

START

；跳轉到主程序存放地址處ORG

0030H

；設置主程序開始地址START：MOV

SP，#60H

；設置堆棧起始地址為60HCLR

P1.0

；P1.0輸出低電平，使LED1點亮ACALLDELAY

；調用延時子程序SETBP1.0

；P1.0輸出高電平，使LED1熄滅CLRP1.1

；P1.1輸出低電平，使LED2點亮ACALLDELAY

；調用延時子程序SETBP1.1

；P1.1輸出高電平，使LED2熄滅CLRP1.2

；P1.2輸出低電平，使LED3點亮ACALLDELAY

；調用延時子程序SETBP1.2

 ；P1.2輸出高電平，使LED3熄滅CLRP1.3

；P1.3輸出低電平，使LED4點亮ACALLDELAY

；調用延時子程序SETBP1.3

；P1.3輸出高電平，使LED4熄滅CLRP1.4

；P1.4輸出低電平，使LED5點亮ACALLDELAY

；調用延時子程序SETBP1.4

；P1.4輸出高電平，使LED5熄滅CLRP1.5

；P1.5輸出低電平，使LED6點亮ACALLDELAY

；調用延時子程序SETBP1.5

；P1.5輸出高電平，使LED6熄滅CLRP1.6

；P1.6輸出低電平，使LED7點亮ACALLDELAY

；調用延時子程序SETBP1.6

；P1.6輸出高電平，使LED7熄滅CLRP1.7

；P1.7輸出低電平，使LED8點亮ACALLDELAY

；調用延時子程序SETBP1.7

；P1.7輸出高電平，使LED8熄滅ACALLDELAY

；調用延時子程序AJMP

START

；8個LED流了一遍后返回到標號START處再循環DELAY：

；延時子程序MOV

R0，#255；延時一段時間D1：

MOV

R1，#255DJNZ

R1，$DJNZ

R0，D1RET

；子程序返回END

；程序結束本文相關DataSheet：

3.2循環移位法在上個程序中我們是逐個控制P1端口的每個位來實現的，因此程序顯得有點復雜，下面我們利用循環移位指令，采用循環程序結構進行。我們在程序一開始就給P1口送一個數，這個數本身就讓P1.0先低，其他位為高，然后延時一段時間，再讓這個數據向高位移動，然后再輸出至P1口，這樣就實現“流水”效果啦。由于8051系列的指令中只有對累加器ACC中數據左移或右移的指令，因此實際編程中我們應把需移動的數據先放到ACC中，讓其移動，然后將ACC移動后的數據再轉送到P1口，這樣同樣可以實現“流水”效果。具體編程如下所示，程序結構確實簡單了很多。ORG

0000H

；單片機上電后從0000H地址執行AJMP

START

；跳轉到主程序存放地址處ORG

0030H

；設置主程序開始地址START：MOV

SP，#60H

；設置堆棧起始地址為60HMOV

A，#0FEH

；ACC中先裝入LED1亮的數據（二進制的11111110）MOVP1，A

；將ACC的數據送P1口MOVR0，#7

；將數據再移動7次就完成一個8位流水過程LOOP：

RL

A

；將ACC中的數據左移一位MOV

P1，A

；把ACC移動過的數據送p1口顯示ACALL

DELAY

；調用延時子程序DJNZ

R0，LOOP

；沒有移動夠7次繼續移動AJMP

START

；移動完7次后跳到開始重來，以達到循環流動效果DELAY：

；延時子程序MOV

R0，#255；延時一段時間D1：

MOV

R1，#255DJNZ

R1，$DJNZ

R0，D1RET

；子程序返回END

；程序結束3.3查表法

上面的兩個程序都是比較簡單的程序，“流水”花樣只能實現單一的“從左到右”流方式。運用查表法所編寫的流水燈程序，能夠實現任意方式流水，而且流水花樣無限，只要更改流水花樣數據表的流水數據就可以隨意添加或改變流水花樣，真正實現隨心所欲的流水燈效果。我們首先把要顯示流水花樣的數據建在一個以TAB為標號的數據表中，然后通過查表指令“MOVCA，@A+DPTR”把數據取到累加器A中，然后再送到P1口進行顯示。具體源程序如下，TAB標號處的數據表可以根據實現效果的要求任意修改。ORG

0000H

；單片機上電后從0000H地址執行AJMP

START

；跳轉到主程序存放地址處ORG

0030H

；設置主程序開始地址START：MOV

SP，#60H

；設置堆棧起始地址為60HMOV

DPTR，#TAB

；流水花樣表首地址送DPTRLOOP：

CLR

A

；累加器清零MOVC

A，@A+DPTR

；取數據表中的值CJNE

A，#0FFH，SHOW；檢查流水結束標志AJMP

START

；所有花樣流完，則從頭開始重復流SHOW：MOV

P1，A

；將數據送到P1口ACALL

DELAY

；調用延時子程序INC

DPTR

；取數據表指針指向下一數據AJMP

LOOP

；繼續查表取數據DELAY：

；延時子程序MOV

R0，#255

；延時一段時間D1：

MOV

R1，#255DJNZ

R1，