單片機課程設(shè)計定時器控制4只LED滾動閃爍系統(tǒng)

1、目錄1設(shè)計目的1.1設(shè)計目的1、通過單片機課程設(shè)計，熟練掌握單片機C語言的編程方法，將理論聯(lián)系到實踐中去，提高我們的動腦和動手的能力。2、通過定時器控制兩個LED顯示器顯示10秒秒表系統(tǒng)的設(shè)計，掌握定時/計數(shù)器和LED顯示器的使用方法，同時掌握簡單程序的編寫，最終提高我們的邏輯抽象能力。1.2設(shè)計內(nèi)容和要求 內(nèi)容：設(shè)計一個能夠控制兩個LED顯示器顯示10秒秒表的模擬系統(tǒng)。 要求：利用單片機的定時器定時，控制LED顯示器顯示。1.3 設(shè)計思路 1.先熟悉實驗原理，了解4只LED滾動閃爍系統(tǒng)燈的工作過程，組成滾動閃爍系統(tǒng)需要的組件。 2.了解各個硬件的工作原理， 3.繪制電路原理圖，編寫程序，并進

2、行仿真，基本實現(xiàn)LED滾動閃爍系統(tǒng)燈的功能。2設(shè)計原理分析2.1十秒秒表的系統(tǒng)設(shè)計通過編寫程序，實現(xiàn)對發(fā)光二極管的控制，來4只LED滾動閃爍燈的管理。每延時一段時間，燈的顯示情況都會按LED燈的顯示規(guī)律進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。采用單片機內(nèi)部的I/O口上的P0口中的4個引腳即可來控制4個LED燈。2.2十秒秒表的功能要求本設(shè)計能模擬基本的LED滾動閃爍系統(tǒng)，是用中斷的方式定時控制LED定的閃爍及滾動。2.2.1計時顯示定時/計數(shù)器工作方式寄存器，定時器采用T0定時器0工作于模式2 位數(shù)：8位計數(shù)范圍：0-255 具有自動加載功能 2.2.2中斷設(shè)置 每累計若干次定時器中斷才執(zhí)行一次閃爍。2.3定時器控制4

3、只LED滾動閃爍制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理單片機設(shè)LED燈閃爍系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化可以廣泛的應(yīng)用到商業(yè)和工業(yè)的流程控制測電路當中。單片機晶振LED燈圖2.1 系統(tǒng)的總體框圖據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。因為它能夠準確地劃分成時鐘頻率,與UART(通用異步接收器/發(fā)送器)量常見的波特率相關(guān)。特別是較高的波特率(19600,19200),不管多么古怪的值,這些晶振都是準確,常被使用的。當定時器1被用作波特率發(fā)生器時,波特率工作于方式1和方式3是由定時器1的溢出率和SMOD的值(PCON.7-雙倍速波特率)決定：方式1、3波特率= (定時

4、器1的溢出率) 特殊時,定時器被設(shè)在自動重袋模式(模式2,TMOD的高四位為0100B),其為：方式1、 3波特率= 11.0592MHZ晶振的一些典型波特率如下：波特率SMOD TH1 19200 1 0FDH 9600 0 0FDH 4800 0 0FAH2400 0 0F4H 1200 0 0E8H 300 0 0A0H更換一種計算方式,它將以修改公式達到我們需求的波特率來計算出晶振。最小晶振頻率=波特率x 384 x 2 SMOD 這就是我們所需波特率的最小晶振頻率,此頻率能成倍增加達到我們需求的時鐘頻率。 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，

5、可以選用AT89S51單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，4個發(fā)光二極管分成1組紅綠藍黃4燈構(gòu)成信號燈指示模塊等。主要器件的選擇：器件個數(shù)LED 4晶振（11.0592）1電阻若干電容2 表3-13.2 主控制部分AT89C51單片機簡介 89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非

6、易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51單片機為引腳雙列直插芯片，有個I/O口，P0 ，P1， P2， P3，單片機的最小系統(tǒng)如圖所示，18引腳和19引腳接時鐘脈沖電路，XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是震蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)她是振蕩器倒相放大器的輸出端，第引腳為復(fù)位輸入端，接上電容，電

7、阻及開關(guān)后構(gòu)成上電復(fù)位電路，20引腳為接地端，40引腳為電源端。如圖所示： 圖3.1 晶振與單片機的連接3.2.1 AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能 中央處理器： 中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器(內(nèi)部RAM)： 數(shù)據(jù)存儲器用于存放變化的數(shù)據(jù)。AT89S51中數(shù)據(jù)存儲器的地址空間為256個RAM單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲器供用戶使用的僅有前面128個，后128個被專用寄存器占用。 程序存儲器(內(nèi)部ROM)： 程序存儲器用于存放程序和固定不變

8、的常數(shù)等。通常采用只讀存儲器，且其又多種類型，在89系列單片機中全部采用閃存。AT89C51內(nèi)部配置了4KB閃存。 定時/計數(shù)器(T0)： 定時/計數(shù)器用于實現(xiàn)定時和計數(shù)功能。AT89C51共有2個16位定時/計數(shù)器。 并行輸入輸出(I/O)口： 8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 每個口都由1個鎖存器和一個驅(qū)動器組成。它們主要用于實現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出，有些I/O口還有其他功能。 全雙工串行口： A89C51內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 時鐘電路

9、： 時鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘脈沖序列。 中斷系統(tǒng)： 中斷系統(tǒng)的作用主要是對外部或內(nèi)部的終端請求進行管AT89C51共有5個中斷源，其中有2個外部中斷源和3個內(nèi)部中斷源。 3.2.2 51單片機的串行接口工作方式51單片機的串行接口有四種工作方式。方式0是將SBUF作為8位同步移位寄存器使用（固定波特率）；方式1是10位異步通信方式（可變波特率）；方式2是11位異步通信方式（固定波特率）；方式3是11位異步通信方式（可變波特率）。 圖 3.2串行接口與單片機的連接 3.3其它器件3.4.1發(fā)光二極管根據(jù)本設(shè)計的特點，LED的顯示不可少，LED的顯示采用普通的發(fā)光二極管。在硬件上

10、連接圖上也是對稱分布的，如下圖3.4所示。圖3.3 LED燈的連接在本設(shè)計中，實際控制的燈只有4個，其中均是低電平有效，所以在運行前LED燈的狀態(tài)是滅。3.4定時器控制4只LED滾動閃爍控制系統(tǒng)原理圖 本系統(tǒng)以單片機為核心，系統(tǒng)硬件電路由單片機，電阻，LED顯示組成。其具體的硬件電路總圖如圖3.6所示。圖3.4系統(tǒng)原理3.5設(shè)計的連線圖：3.5.1單片機實物圖：圖3.5實物圖 3.6 硬件資源及其分配 主要用到的硬件：P0口、LED發(fā)光二極管、定時器T0。l 硬件分配：（1）P1口：做為輸出口，與發(fā)光二極管相連接。（2）定時/計數(shù)器T0用來產(chǎn)生1秒的定時。3.7運行步驟1、接硬件圖接線，為了確

11、保LED燈能夠?qū)?yīng)顯示，實驗時，對P0口的接線做了調(diào)整。即，P0.0接L1,P0.1接L2,P0.2接L3,P0.3接L4。2、開始連續(xù)運行，觀察4個LED燈是與程序設(shè)計思路對應(yīng)，如果有偏差，則單步運行或斷點運行，進行調(diào)試，直至滿足設(shè)計要求。3、整體運行，觀察LED顯示是否都符合要求，如果不符合，則再調(diào)試。直至滿足要求。3.8檢測與調(diào)試 3.8.1硬件調(diào)試： 硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等）， 檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。 硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行。u 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。 第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是

12、否有斷點。 第二步：用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點， 再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值 第四步：是聯(lián)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 u 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。 由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障

13、后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。 由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。3.8.2軟件調(diào)試： 軟件調(diào)試是通過對擁護程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。程序后，編輯，查看程序是否有邏輯的錯誤。 4 系統(tǒng)軟件程序的簡單設(shè)計4.1程序框圖 開始 初始化，全滅 藍燈亮，開始閃爍 延時 藍燈滅，綠燈亮，開始閃爍 延時綠燈滅，紅燈亮，開始閃爍 延時 紅燈滅，黃燈亮，開始閃爍

14、延時圖4.1程序框圖4.2程序流程圖及程序4.2.1程序流程圖： 開始 初始化 設(shè)置計數(shù)器i=0;i+_LED燈開始循環(huán)閃爍 計數(shù)器開始計數(shù)計數(shù)完成程序中斷，i自加1，下一個LED燈開始閃爍否否圖4.2程序圖4.2.2程序清單：主程序:#include /定義8051寄存器的頭文件#define uchar unsigned char /定義無符號字符型(0255)#define uint unsigned int /定義無符號整型(065535)/字符與整型分為有符號(signed)與無符號(unsigned)兩類/通常sbit數(shù)據(jù)類型是用于存取內(nèi)部可位尋址的數(shù)據(jù)存儲器sbit B1=P20

15、; /聲明B1為P1.0端口sbit G1=P21;sbit R1=P22;sbit Y1=P23;/若要使用權(quán)sbit數(shù)據(jù)類型，則其聲明方式有下列幾種：/1.先聲明一個bdata存儲器形式的變量，再聲明屬于該變量的sbit變量，例如：/char bdata scan; 聲明scan為bdata存儲器類型的字符/sbit input_0=scan0; 聲明input_0為scan變量的bit 0/2.先聲明一個sfr變量，再聲明屬于該變量的sbit變量，例如：/sfr P0=0x80;聲明P0為0X80存儲器位置，即P0/sbit P0_0=P00;聲明P0_0為P0變量的bit0/3.直接指

16、定存儲器位置，例如要聲明P0的bit0,則/sbit P0_0=0X800; 聲明P0_0為0x80地址的bit0uint i,j,k;/-/主程序/-void main() /主程序開始i=j=k=0;P2=0xff; /開始時全部關(guān)閉TMOD=0X02; /定時/計數(shù)器工作方式寄存器低4位/T0定時器0工作于模式2 位數(shù)：8位計數(shù)范圍：0-255 具有自動加載功能TH0=256-200;/200us定時TL0=256-200;IE=0X82; /中斷使能寄存器IE，相當于EA=1；ET0=1；TR0=1; /定時器/計數(shù)器控制寄存器TCOD Timer0的啟動開關(guān)while(1); /無窮

17、循環(huán) /-/T0中斷函數(shù)/-void LED_Flash_and_Scroll() interrupt 1 /每累計若干次定時器中斷才執(zhí)行一次閃爍if(+k35)return; /if條件語句k=0;switch(i)/多分支選擇語句,switch語句開始 case 0:B1=!B1;/藍燈閃爍break; /終止執(zhí)行switch或循環(huán)語句case 1:G1=!G1;/綠燈閃爍break;case 2:R1=!R1; /紅燈閃爍break;case 3:Y1=!Y1; /黃燈閃爍break; /退出switch語句default:i=0;if(+j150)/每次LED持續(xù)閃爍一段時間retur

18、n;/從函數(shù)返回語句j=0;P2=0xff; /關(guān)閉顯示i+;/切換到下一LED/符號：+ ，功能： 加1 ，范例：i+ ,說明：執(zhí)行運算后再將X變量的值加1/符號：- ，功能： 減1 ，范例：i- ,說明：執(zhí)行運算后再將X變量的值減1 4.2.3實驗仿真結(jié)果圖： 圖4.2實驗仿真結(jié)果圖 結(jié) 論定時器控制4只LED滾動閃爍對于單片機初學(xué)者有著非常重要的作用。本文完成了基于單片機的定時器控制4只LED滾動閃爍系統(tǒng)的設(shè)計與模擬。包括閃爍方案的設(shè)計，系統(tǒng)的硬件開發(fā)、軟件編程與仿真調(diào)試等。在論文完成過程中，主要做的工作有： （1）確定LED滾動閃爍系統(tǒng)具體的通行方案以及要求其他多功能的實現(xiàn)。（2）以ATMEL公司的AT89S51單片機為核心進行系統(tǒng)硬件設(shè)計，輸入量包括：輸出LED燈亮滅狀態(tài)及時間顯示。 通過單片機課程設(shè)計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實際當中去，而且我還學(xué)會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學(xué)會將理論很好地聯(lián)系實際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時，更重要的是，我在這一設(shè)計過程中，學(xué)會了堅持不懈，不輕易言棄。設(shè)