流水燈設(shè)計論文

1、江西永新職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校 永新職業(yè)中專學(xué)校 項 目 設(shè) 計 題目 基于單片機(jī)的流水燈設(shè)計姓 名：盧福權(quán) 職 業(yè)：電子班 級：一（1）班指導(dǎo)教師：田向彬、胡細(xì)良二O一四年 一月 七 日摘要單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer）簡稱單片機(jī)，是指集成在一塊芯片上的計算機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價格低等優(yōu)點。單片機(jī)技術(shù)作為計算機(jī)技術(shù)的一個重要分支，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等各個領(lǐng)域。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新，在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片

2、機(jī)往往作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面的知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，加以完善。本設(shè)計通過用匯編語言對8952單片機(jī)寫程序?qū)崿F(xiàn)了對8個發(fā)光二極管的自如控制，并具有復(fù)位和中斷功能，另外加上了一組靜態(tài)數(shù)碼管以顯示流水燈的花樣計數(shù)。根據(jù)設(shè)計要求基本達(dá)到了預(yù)期的目的。正文首先介紹本課題的背景、研究意義及完成的任務(wù)功能；簡單描述元器件和方案的論證；系統(tǒng)硬件的工作原理和軟件的設(shè)計；最后對本設(shè)計進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 8952 發(fā)光二極管 中斷 復(fù)位 匯編語言AbstractThe single chip computer, it is to point t

3、o integration on a single chip computer, it is simple in structure, control strong function, high reliability, small volume, low price advantage. Single chip microcomputer as an important branch of computer technology, widely used in industrial control, intelligent instruments, home appliances, elec

4、tronic toys and other fields.In recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is continuously, while driving to the deepening traditional control test rapidly updated, in real-time detection and automatic control of single-chip microcomputer application s

5、ystem, often as a core component to use, only microcontroller aspects of knowledge is not enough, should according to specific hardware structure, and the view of the specific application object characteristics of software combines, perfected.This design by using assembly language to 8952 microcontr

6、oller programming realized to eight light-emitting diodes freely control, and has the reset and interrupt function, with the addition of a group of static digital tube to show water lamp patterns counting. According to the design requirements basic achieve the expected purpose.The text introduces th

7、e background, this topic research significance and accomplish the mission of function, Simple description components and scheme of argumentation, The work of system hardware principle and software design; Finally this design was summarized.Keywords: SCM 8952 leds interrupt reset assembly language目錄1

8、第一章：緒論51.1課題研究背景51.2課題研究意義51.3課題研究任務(wù)52第二章 主要電子元器件的簡介62.1At89s5262.2穩(wěn)壓管 780563第三章 基本原理73.1總體設(shè)計思路73.2總設(shè)計框圖74第四章 設(shè)計過程84.1電源電路的設(shè)計84.1.1直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)方框圖84.1.2軟啟動直流穩(wěn)壓電源原理圖84.1.3軟啟動直流穩(wěn)壓電源設(shè)計原理94.2控制電路的設(shè)計94.2.1時鐘電路94.2.2復(fù)位電路94.3顯示電路部分104.4軟件部分設(shè)計115第五章 成本核算176第六章 調(diào)試196.1硬件調(diào)試196.2軟件調(diào)試197第七章 設(shè)計心得208第八章 參考文獻(xiàn)219第九章 附錄

9、229.1（1）整機(jī)電路圖：229.2（2）PCB版圖229.3（3）仿真圖239.4（4）實物圖239.5 (5)電子元件清單及成本核算241 第一章：緒論1.1 課題研究背景微型計算機(jī)（Microcomputer）簡稱微機(jī)，是計算機(jī)的一個重要分支。人們通常按照計算機(jī)的體積、性能和應(yīng)用范圍等條件，將計算機(jī)分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)。微型計算機(jī)不但具有其他計算機(jī)快速、精確、程序控制等特點，而且還具有體積小、重量輕、功耗低、價格便宜等優(yōu)點。個人計算機(jī)簡稱PC（Personal Computer），是微型計算機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種，也是近年來計算機(jī)領(lǐng)域中發(fā)展最快的一個分支。PC在性能

10、和價格方面適合個人用戶購買和使用，目前，它已經(jīng)像普通家電一樣深入到了家庭和社會生活的各個方面。而單片機(jī)又是PC的一個分支，隨著信息技術(shù)革命的深入和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，并逐漸成為一門關(guān)鍵的技術(shù)學(xué)科。單片機(jī)實際上是指集成在一個芯片上的微型計算機(jī)，它的各種功能部件，如CPU、RAM、ROM、I/O接口電路，定時/計數(shù)器等都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機(jī)，可以實現(xiàn)微型計算機(jī)的基本功能。單片機(jī)實質(zhì)上是一個芯片，在實際應(yīng)用中，通常很少將單片機(jī)和被控對象直接進(jìn)行電氣連接，而必須外加各種擴(kuò)展接口電路、外部設(shè)備、被控對象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)具

11、有一些突出的優(yōu)點：體積小，重量輕，耗電少，電源單一，功能強(qiáng)，價格低，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，所以在通信、家電、工業(yè)控制、儀器儀表、汽車等產(chǎn)品中都可以看到單片機(jī)的身影。1.2 課題研究意義流水燈在現(xiàn)代社會中就有廣泛的應(yīng)用，大型電子廣告牌、霓虹燈、指示牌和工業(yè)控制的控制面板等都有流水燈的應(yīng)用。而且基于單片機(jī)的流水燈的控制系統(tǒng)利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，如定時器、I/O口和寄存器等，完成了單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的基本流程，因此具有典型的代表意義，是學(xué)習(xí)和開發(fā)單片機(jī)的基本實驗之一。1.3 課題研究任務(wù)開發(fā)單片機(jī)最小系統(tǒng)，即通過對8952寫程序控制八個LED亮滅，形成花樣流水燈，主要包括電源部分、控制電

12、路部分，顯示部分，軟件程序部分等。2 第二章 主要電子元器件的簡介2.1 At89s52At89s52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2

13、 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52      2.2 穩(wěn)壓管 7805用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的

14、保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜?？梢苑€(wěn)定輸出一個5v電壓。3 第三章 基本原理3.1 總體設(shè)計思路利用89s52設(shè)計一個控制器，控制八個發(fā)光二極管的亮滅和數(shù)碼管的顯示，采用7805穩(wěn)壓管輸出一個穩(wěn)定的5v電壓，驅(qū)動單片機(jī)和LED。3.2 總設(shè)計框圖八路流水燈時鐘電路復(fù)位電路AT89s52數(shù)碼管電源驅(qū)動4 第四章 設(shè)計過程4.1 電源電路的設(shè)計電子電路要正常工作，電源必不可少，并且電源性能對電路、電子儀器和電子設(shè)備的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負(fù)載的電路和設(shè)備中，對電源的性能要求更高。在很多應(yīng)用直流電源設(shè)備的場合中，要求為設(shè)備電路提供一個穩(wěn)定的直流電源，并且要求電源有

15、保護(hù)功能。本課題中單片機(jī)正常工作要求輸出電壓為穩(wěn)定的5V，輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動性能。此外，電路還必須簡單可靠，能夠輸出足夠大的電流，7805電路內(nèi)部有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜?？梢苑€(wěn)定輸出一個5v電壓。因此，我們選用7805穩(wěn)壓管穩(wěn)壓。4.1.1 直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)方框圖電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓過載保護(hù)電路負(fù)載4.1.2 軟啟動直流穩(wěn)壓電源原理圖4.1.3 軟啟動直流穩(wěn)壓電源設(shè)計原理上圖給出了由7805穩(wěn)壓器構(gòu)成的集成穩(wěn)壓電源。220V電壓經(jīng)變壓器變壓，整流橋整流，C1，C2濾波，7805穩(wěn)壓。其中9012、R3、C2構(gòu)成軟啟動，防止剛上電

16、時“過沖”；R1，R2組成取樣電阻；C3用于濾除R2上的紋波；D1、D2起保護(hù)作用；C4能防止輸出端產(chǎn)生自激蕩。4.2 控制電路的設(shè)計4.2.1 時鐘電路時鐘電路是計算機(jī)的心臟，它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏，CPU就是通過復(fù)雜的時序電路完成不同的指令功能的，89s52的時鐘信號可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時鐘信號；另一種為外部方式、時鐘信號由外部引入。本設(shè)計應(yīng)用的是89s52的內(nèi)部時鐘方式，其內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTL1和XTL2分別為此放大器的輸入端和輸出端，該放大器與做為反饋元件的晶振共同構(gòu)成自激振蕩器。如圖（1）所示：本電路采用

17、的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇12MHZ，電容選擇33pu，電容的大小起頻率微調(diào)的作用。4.2.2 復(fù)位電路單片機(jī)中有多種復(fù)位電路，本系統(tǒng)采用電平式復(fù)位與上電復(fù)位方式，如圖（2）所示：當(dāng)上電時C5相當(dāng)于短路，使單片機(jī)復(fù)位，在正常工作時，按下復(fù)位鍵是單片機(jī)復(fù)位。4.3 顯示電路部分顯示部分主要是由八個LED和兩個七段數(shù)碼管組成，八個LED由限流電阻限流后接入89s52的p1口（圖3），p0口接入上拉電阻，并接限流電阻和數(shù)碼管DYP-7-1的七段LED，數(shù)碼管DYP-7-2的七段LED和限流電阻接入p2口，兩個數(shù)碼管的公共端并接限流電阻后接VCC（圖4）。綜上所述，整機(jī)

18、電路圖如圖（5）所示：4.4 軟件部分設(shè)計本設(shè)計要求實現(xiàn)8路LED有序的亮滅，每變一種花樣數(shù)碼管加1，具有中斷功能，按下按鍵，流水燈停止流水，再按時，繼續(xù)流水。流水燈花樣程序框圖如下：八只燈全亮；2次？左側(cè)四只同時點亮300ms；滅300ms； 2次？開始八只燈全滅；左側(cè)四只同時點亮300ms；滅300ms；兩個數(shù)碼管都顯示0；個位數(shù)碼管顯示1；十位數(shù)碼管顯示0；個位數(shù)碼管顯示2；十位數(shù)碼管顯示0；個位數(shù)碼管顯示3；十位數(shù)碼管顯示0；3/4/7/8亮；3/4/7/8滅；個位數(shù)碼管顯示4；十位數(shù)碼管顯示0；1/3/5/7亮；1/2/5/6滅；1/3/5/7滅；1/2/5/6亮；2/4/6/8亮；

19、2/4/6/8滅；3次？個位數(shù)碼管顯示5；十位數(shù)碼管顯示0；從左往右每兩個依次亮300ms滅300ms；個位數(shù)碼管顯示6；十位數(shù)碼管顯示0；從右往左每兩個依次亮300ms滅300ms；從左往右每個依次亮300ms滅300ms；從右往左每個依次亮300ms滅300ms；個位數(shù)碼管顯示7；十位數(shù)碼管顯示0；從左往右依次亮（間隔300ms）；個位數(shù)碼管顯示8；十位數(shù)碼管顯示0；個位數(shù)碼管顯示9；十位數(shù)碼管顯示0；從右往左依次滅（間隔300ms）；個位數(shù)碼管顯示0；十位數(shù)碼管顯示1；由內(nèi)向外依次亮300ms；滅300ms；兩側(cè)向里依次亮300ms；滅300ms；2次？個位數(shù)碼管顯示1；十位數(shù)碼管顯示1

20、；由兩側(cè)向里依次亮300ms(間隔300ms)；由內(nèi)向外依次滅300ms(間隔300ms)；注：完整程序代碼詳見附錄。5 第五章 成本核算在講求效率和利益的今天，一個產(chǎn)品要想生存發(fā)展下去，必須考慮質(zhì)量、成本和利益。在保證質(zhì)量的前提下，用最低的成本取得最大的收益。本設(shè)計秉承這一原則，綜合考慮制作工序和各種元器件的質(zhì)量和成本，選擇了最優(yōu)的設(shè)計方案。一：下為單片機(jī)的選擇對比：（1）AT89S52: 功耗100m W ；單價8元；功能：AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器；使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 8

21、0C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容；片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器；在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案；具有兩個數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1，含有一個看門狗定時器，具有斷電標(biāo)志POF。（2）89c51；功耗：100m W ；單價:10元功能：具有4K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器；不支持在系統(tǒng)編程；128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器；具有一個數(shù)據(jù)指針DPTR ，不含看門狗定時器，不具有斷電標(biāo)志；POF 32個可編程I/O引腳，2個16位計數(shù)/定時器，5個中斷源

22、，2個優(yōu)先級別，1個可編程串行通信口。綜合考慮，我們優(yōu)先選擇了AT89S52。二：電源的選擇：電源部分我們有兩種方案，一是用干電池供電，二是用變壓器供電。方案一的優(yōu)點是設(shè)計思路簡單，制作方便，制作成本低，缺點是電池續(xù)航能力差，局限性大；方案二雖然制作成本高和設(shè)計思路相對繁瑣，但是適用范圍廣，適用于實際生活。因此我們選擇方案二。穩(wěn)壓管 7805用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜?？梢苑€(wěn)定輸出一個5v電壓，而我們的設(shè)計需要的正是5V的直流電源，因此我們選擇了7805。、三：顯示部分：方案一：用液晶

23、屏作為花樣流水燈運(yùn)行的計數(shù)顯示。方案二：用數(shù)碼管作為花樣流水燈運(yùn)行的計數(shù)顯示。兩者都能實現(xiàn)基本功能，但是方案一的成本要高，因此我們選擇方案二。6 第六章 調(diào)試6.1 硬件調(diào)試我們在硬件電路的制作和調(diào)試中發(fā)現(xiàn)并解決了很多問題：（1）由于過于考慮電路板布局的美觀，導(dǎo)致增加了焊接時布線的困難，最終我們通過改變元件位置合理布線解決了這個問題；（2）單片機(jī)引腳非常緊湊，使焊點不容易固定，容易查錯引腳，這就鍛煉了我們的細(xì)心；容易造成多點短路或虛焊，因此我們又降低烙鐵的溫度，用吸焊器吸除了多余的焊錫；（3）剛開始插件時沒有注意電解電容、LED等有極性元件的正負(fù)，最后用萬用表測量它們的阻值和電壓才找到接反的元

24、件；（4）剛開始布局元器件是沒有充分考慮到以后維修的問題，把時鐘電路位置擺放的不合理，最終我們請教老師重新設(shè)計時鐘電路的位置；（5）焊接過久，導(dǎo)致元器件損壞，主要是不夠熟練；（6）電路板不夠簡潔、條理，焊接不夠熟練；（7）由于對元器件使用量計算不準(zhǔn)確，導(dǎo)致最后元器件不夠，我們只好放棄了一些功能的實現(xiàn)。（8）焊接過程中，由于忘記把31腳接VCC，導(dǎo)致最后不能實現(xiàn)LED的循環(huán)，最后在檢查電路對照電路圖后又焊接上了31腳。因此，我們在焊接和后續(xù)調(diào)試過程并沒有想象中的順利。但最終經(jīng)過我們一遍一遍的調(diào)試，終于制作出了一塊基本合格的電路板。6.2 軟件調(diào)試本設(shè)計的程序我們是通過MeWin進(jìn)行的編譯，我們在

25、軟件調(diào)試中遇到的問題遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比硬件電路中問題多，解決的難度也大：（1）程序在檢測時沒有問題，但在仿真中不能執(zhí)行，原因是延時子程序漏寫了一條指令；（2）編譯好的程序不能正常執(zhí)行，原因是我們硬件中LED和數(shù)碼管是詞用的共陽極接法，但給單片機(jī)編譯的卻是共陰極接法的程序；（3）循環(huán)程序總是進(jìn)入死循環(huán)，原因是循環(huán)標(biāo)號放置不對；（4）我們編譯的程序冗長繁瑣，最后我們進(jìn)行了優(yōu)化程序，改寫了一些地方，才使程序比較條理簡潔；（5）中斷程序掌握不熟練，不能實現(xiàn)這一功能，因此我們通過臨時補(bǔ)課和網(wǎng)上查閱、請教老師才寫出了這段程序。7 第七章 設(shè)計心得在本次設(shè)計的過程中，我們發(fā)現(xiàn)很多的問題，遇到了很多麻煩，有的問題其實很

26、簡單，主要是對知識的掌握程度不夠，擴(kuò)展知識欠缺，這就要求我們在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該注意到這一點，并且應(yīng)該多讀一些課外的文獻(xiàn)，只靠書本上的知識遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。更重要的是我們要學(xué)會把從書本中學(xué)到的知識和實際的電路聯(lián)系起來，用實踐鞏固理論，用理論優(yōu)化實踐，這不論是對我們以后的就業(yè)還是學(xué)習(xí)，都會起到很大的促進(jìn)和幫助。在焊接過程中，我們意識到細(xì)心和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木袷潜夭豢缮?，在焊接電路和調(diào)試硬件中不自覺地得到了鍛煉。通過本次課程設(shè)計，鞏固了我們學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上相結(jié)合了起來；考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，和組織材料的綜合能力；從中可以自我測驗，認(rèn)識到自己哪方面有欠缺、不

27、足，以便于在日后的學(xué)習(xí)中得以改進(jìn)、提高！也提醒我們，只有通過團(tuán)隊合作才能制作出優(yōu)秀的設(shè)計，閉門造車不會取得實質(zhì)性的成功。此次課程設(shè)計，我們也學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺。經(jīng)過這些天的設(shè)計制作，在老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱情幫助下，我們終于完成了這次的設(shè)計，同時也增加了我們以后學(xué)習(xí)的信心和熱情。再次感謝在這次設(shè)計中幫助我們的指導(dǎo)老師和同學(xué)！8 第八章 參考文獻(xiàn)劉守義.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)(第二版).西安電子科技大學(xué)出版社，2007.8廖芳.電子產(chǎn)品制作工藝與實訓(xùn).北京電子工業(yè)出版社，2010.1刁修睦，杜保強(qiáng).模擬電子技術(shù)與應(yīng)用.北京大學(xué)出版社，2008.6潘松 黃繼業(yè).