多按鍵花樣流水燈的設計

1、多按鍵花樣流水燈摘要自人類發(fā)明計算機以來，單片機技術在社會各領域中得到了廣泛的應用。在流水燈控制系統(tǒng)中，單片機的作用更是發(fā)揮的淋漓盡致，成為此系統(tǒng)中的核心部分。利用單片機的可編程功能，軟硬件結(jié)合，來控制LED的燈的開通關斷，通過豐富多彩的花樣變化，給人以不同的視覺效果，更是成為現(xiàn)代商業(yè)社會不可缺少吸引消費者的普遍手段。本文結(jié)合單片機的突出特點，著重介紹通過單片機來實現(xiàn)多按鍵花樣流水燈的變化，主要包括其軟件程序的編寫、硬件電路的搭接、器件的選擇，以及通過PROTEUS的仿真和PCB板的制作等。關鍵詞:單片機、可編程控制器、多按鍵花樣流水燈、準確。前言單片微型計算機簡稱單片機（single-chi

2、pmicrocomputer）,又稱為單片機微型控制器（single-chipmicrocontroller）,是由CPU、RAM、ROM、定時/計時器、I/O接口電路通過應刷電路板上的總線連成一體的完整計算機系統(tǒng)。從1971年出現(xiàn)單片機的雛形開始，短短四十多年的時間里，單片機便社會各領域中得到了廣泛的應用在流水燈控制系統(tǒng)中，單片機更是取代了由齒輪調(diào)節(jié)延遲時間的舊式控制系統(tǒng)，成為日后此系統(tǒng)中的核心部分。由于單片機具有一些突出的優(yōu)點：體積小、重量輕、電源單一、功耗低；功能強、價格低；數(shù)據(jù)大都在單片機內(nèi)部傳送，運行速度快、抗干擾能力強、可靠性高，所以單片機被廣泛的應用于測控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、智能儀器

3、儀表、機電一體化產(chǎn)品、智能接口、計算機通信以及單片機的多級系統(tǒng)等領域。本文主要講的是單片機，課題名稱為多按鍵花樣流水燈，它使我們學會了如何使用單片機控制我們?nèi)粘Ｉ钪械亩嘣O備設施的應用。通過本課題的設計以后，使我了解到了單片機的許多方面的應用。 目錄摘要1前言2第一章設計目的和要求41 設計目的42 設計基本要求4第二章80c51單片機簡介480c51單片機4引腳介紹：5總線系統(tǒng)：6第三章：方案設計任務分析7第四章軟件設計91中斷子程序92跑馬燈子程序93流水燈子程序94戲水燈子程序105循環(huán)子程序106 延時子程序11第五章：硬件系統(tǒng)設計121時鐘及復位部分電路122主控系統(tǒng)133花樣燈輸出

4、控制部分14第六章：系統(tǒng)仿真151 KeilC51仿真152 proteus仿真18第七章：課程設計與總結(jié)20參考文獻21第一章設計目的和要求1 設計目的1） 掌握51系列單片機的基本硬件結(jié)構及工作原理；2）掌握51系列單片機的匯編語言及基本程序設計方法；3）學習并掌握使用51系列單片機開發(fā)控制系統(tǒng)的基本步驟及方法2 設計基本要求1）選擇一個I/O口控制八只流水燈。2）設置四個按鍵K1K4，按下K1跑馬燈，K2流水燈，K3戲水燈，K4則循環(huán)三種控制方式。3）跑馬燈：共8個LED逐次點亮，每隔100ms點亮一個LED，點亮100ms后關閉。4）流水燈：共8個LED逐次點亮，每隔100ms點亮一個

5、LED，點亮100ms后下一個LED點亮，當所有LED燈全部點亮后，延時100ms，然后全滅；然后繼續(xù)上次操作。5）戲水燈：共8個LED，第一次1、3、5、7號燈點亮，延時100ms，關閉，延時100ms，2、4、6、8號燈點亮，延時100ms，關閉，延時100ms。然后繼續(xù)上次操作。第二章80c51單片機簡介80c51單片機80C51單片機屬于MCS-51系列單片機，由Intel公司開發(fā)，其結(jié)構是8048的延伸，改進了8048的缺點，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、減（SUBB）、比較（PUSH）、16位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù)運算等指令，以及串行通信能力和5個中斷源。采用40引腳雙列直插式D

6、IP（DualInLinePackage），內(nèi)有128個RAM單元及4K的ROM。80C51有兩個16位定時計數(shù)器，兩個外中斷，兩個定時計數(shù)中斷，及一個串行中斷，并有4個8位并行輸入口。80C51內(nèi)部有時鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用12MHz的晶振頻率。由于80C51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應用也很成熟，故采用作為控制核心。MCS-51系列單片機內(nèi)部采用模塊式結(jié)構，其結(jié)構組成框圖如圖所示。引腳介紹：引腳是單片機和外界進行通信的通道連接點，用戶只能通過引腳組建控制系統(tǒng)。從應用的角度來看，引腳的應用是單片機應用的一個重要基礎。因此熟

7、悉引腳是學習應用單片機的基礎。單片機的40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。 電源: VCC - 芯片電源，接+5V； VSS - 接地端； 時鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線:控制線共有4根， ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN:外ROM讀選通信號。 RST/VPD:復位/備用電源。 RST（Reset）功能：復位信號輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 EA/V

8、pp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。 I/O線80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。 P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。P0口輸入時需要接上拉電阻才能置1：MCS-51系列單片機的引腳封裝主要有：PDIP40、PLCC44和PQFP/TQFP44。不同封裝的芯片其引腳的排列位置有所不同，但他們的功能和特性都相同。方形封裝（PLCC44和POFP/TQFP44）有44引腳，其中4個NC為空引腳。采用40引

9、腳PDIP封裝的80C51單片機的引腳排列及邏輯符號如圖所示。 引腳示意圖由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數(shù)量是有限的，但單片機為實現(xiàn)控制所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過其引腳數(shù)目。為解決這一矛盾，單片機的某些信號引腳被賦予雙重功能。PDIP封裝的80C51單片機的引腳排列及邏輯符號圖總線系統(tǒng)：所謂總線，就是連接單片機與各外部器件的一組公共的信號線。當系統(tǒng)要求擴展時，單片機要與一定數(shù)量的外部器件和外圍設備連接。如果各部件及每一種外圍設備都分別用各自的一組線路與CPU直接連接，那么連線將會錯綜復雜，甚至難以實現(xiàn)。為了簡化硬件電路的設計和系統(tǒng)結(jié)構，常用一組線路，并配以適當?shù)慕涌陔娐穪砼c各個外部器件和外

10、圍設備連接，這組共用的連接線路就是總線。采用總線結(jié)構便于擴展外部器件和外圍設備，而統(tǒng)一的總線標準則使不同設備間的互連更容易實現(xiàn)。利用片外引腳可以構造MCS-51系列單片機的三總線結(jié)構。單片機的引腳除了電源端VCC、接地端VSS、復位端RST、晶振接入端XTAL1和XTAL2、通用I/O口的P1.0P1.7以外，其余的引腳都是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設置的。用這些引腳構造的單片機系統(tǒng)的三總線結(jié)構如圖所示MCS-51系列單片機片外三總線結(jié)構第三章：方案設計任務分析I/O口及總線分配：采用標準80c51單片機作為控制器；采用P2口作為輸出口控制八個LED的亮滅；P1口為輸出口，P1.0,P1.1,P1.2,

11、P1.3分別與四個開關K1,K2,K3,K4相連作為輸入控制口，采用外部中斷的控制方式控制各種花樣燈的開通。采用以上結(jié)構，考慮到只有8個LED燈，所選單片機的I/O口完全夠用，不需外部擴展。該系統(tǒng)具有電路簡單，設計方便，顯示亮度高，顯示準確，耗電較少，可靠性高等特點?；恿魉疅艨刂葡到y(tǒng)軟件流程圖。第四章軟件設計1中斷子程序T0INT: JNB P1.0,PAOMA1 JNB P1.1,LIUSHUI2 JNB P1.2,XISHUI3 JNB P1.3,XUNHUAN4 ;判0轉(zhuǎn)移到相應亮燈方式 MOV P2,#0FFH ;P2口至高電位，關閉所有LED RETI ;中斷返回 2跑馬燈子程序先

12、讓P2口全部為高電平，讓后讓P2.1口點亮，考慮到人眼的視覺暫停效應，延時100ms,在通過移位指令依次點亮別的口，沒點亮一個燈延時100ms.PAOMA1: ;跑馬燈程序 MOV P2,#0FFH MOV A,#0FEH LOOP1: MOV P2,A LCALL DELAY RL A JNB P1.0,LOOP1 ;開關閉合繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行 SJMP T0INT ;返回到T0INT繼續(xù)判斷 3流水燈子程序依次點亮八個LED燈，沒點亮一個延時100ms,當全部點亮時，延時100ms,關閉所有的LED燈，繼續(xù)從頭開始循環(huán)。LIUSHUI2: ;流水燈程序 CLR P2.0 ;點亮P2.0口 LCA

13、LL DELAY CLR P2.1 LCALL DELAY CLR P2.2 LCALL DELAY CLR P2.3 LCALL DELAY CLR P2.4 LCALL DELAY CLR P2.5 LCALL DELAY CLR P2.6 LCALL DELAY CLR P2.7 LCALL DELAY MOV P2,#0FFH ;P2口熄滅 LCALL DELAY JNB P1.1,LIUSHUI2 ;若開關閉合則循環(huán)執(zhí)行 SJMP T0INT4戲水燈子程序先點亮1、3、5、7號LED延時100ms后關閉，再點亮2、4、6、8號LED，延時100ms后關閉，循環(huán)執(zhí)行上述程序。XISHU

14、I3: ;戲水燈程序 MOV P2,#55H ;點亮1,3,5,7號燈 LCALL DELAYMOV P2, #0FFH ;熄滅1,3,5,7號燈LCALL DELAY MOV P2,#0AAH ;點亮2,4,6,8號燈 LCALL DELAYMOV P2 ,#0FFH ;熄滅2,4,6,8號燈LCALL DELAY JNB P2.2,XISHUI3 ;循環(huán)點亮P2口SJMP T0INT5循環(huán)子程序XUNHUAN4: ;順序循環(huán)執(zhí)行三種花樣燈 MOV P2,#0FFH MOV A,#0FEH LOOP2: MOV P2,A LCALL DELAY RL A JB P2.7,LOOP2SETB

15、P2.7LCALL DELAYING CLR P2.0 LCALL DELAY CLR P2.1 LCALL DELAY CLR P2.2 LCALL DELAY CLR P2.3 LCALL DELAY CLR P2.4 LCALL DELAY CLR P2.5 LCALL DELAY CLR P2.6 LCALL DELAY CLR P2.7 LCALL DELAYMOV P2,#0FFHLCALL DELAYING MOV P2,#55H LCALL DELAYMOV P2,#0FFHLCALL DELAYMOV P2,#0AAHLCALL DELAYMOV P2,#0FFH LCALL

16、 DELAYING JNB P1.3,XUNHUAN4 LCALL T0INT6 延時子程序由于人眼的視覺有暫停效應，所以必須延時才能區(qū)分燈光的亮滅?？紤]到實際效果本程序段延時100ms，當執(zhí)行循環(huán)子程序時，相鄰兩個循環(huán)燈之間的間隔時間延時500ms，以區(qū)分程序段之間的間隔。DELAY: MOV R5,#200 ;延時100ms程序 DELAY1: MOV R6,#250DELAY2: DJNZ R6,DELAY2 DJNZ R5,DELAY1 RET DELAYING: MOV R5,#5 ;延時500mS程序DELAYING1: MOV R6,#200DELAYING2: MOV R7,#

17、250DELAYING3: DJNZ R7,DELAYING3 DJNZ R6,DELAYING2 DJNZ R5,DELAYING1RET第五章：硬件系統(tǒng)設計整套電路系統(tǒng)由時鐘已復位部分電路、控制系統(tǒng)模塊、花樣燈輸出控制顯示模塊組成。 1時鐘及復位部分電路 時鐘電路 單片機本身如同一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作，電路應在唯一的時鐘信號控制下，嚴格地按規(guī)定時序工作。而時鐘電路就用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。80c51單片機時鐘電路振蕩電路示意圖如圖所示在80c51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。反相放大器的輸入端為引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，在芯片的

18、外部通過這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容C1、C2形成反饋電路，可構成穩(wěn)定的自激振蕩器，振蕩頻率范圍通常是1.212MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機的運行速度也就快。也可以由外部時鐘電路向片內(nèi)輸入脈沖信號作為單片機的振蕩脈沖。這時外部脈沖信號是經(jīng)XTAL1引腳引入的，而XTAL2引腳懸空或接地。對外部信號的占空比沒有要求，但高低電平持續(xù)的時間不應小于20ns。這種方式常用于多塊芯片同時工作，便于同步。本課設由于只采用了一片單片機，所以采用單片機的內(nèi)部時鐘電路，其晶振頻率為12MHZ。2主控系統(tǒng)主控系統(tǒng)采用80c51單片機，單片機P1口用于開關控制輸入，P2口用于控制輸出花

19、樣燈花樣變化，P3.2（INTO）口用于外部中斷外輸入?；訜糨斎肟刂颇K由四個開關，電源，上拉電阻及四個二極管組成。各開關風別和相應的P1口相連于此同時通過二極管與P3.2（INTO）口相連。當開關處于斷開狀態(tài)時，各開關所對應P1.N(N為0到3)口處于高電位狀態(tài)，當開關閉合時，所對應得P1.N(N為0到3)口直接與地相連，便處于低電位狀態(tài)，于此同時二級管也導通，使P3.2（INTO）也經(jīng)過二極管也直接與地相連，因此P3.2（INTO）的電位便被拉升到低電位，引起外部中斷。此處電路二極管的設置十分必要和關鍵，利用二極管的單向?qū)щ娦允沟萌我忾_關按下時，不至使 得P1.0-P1.3口發(fā)生短路，全

20、部被拉到低電位，若無二極管按下任意開關時，四個開關的右端將同時處于低電位，這就使得程序不能準確判斷到底是哪個開關閉合，從而就不能順利執(zhí)行相應的花樣燈程序?；訜糨斎肟刂葡到y(tǒng)部分電路設置十分必要和關鍵，利用二極管的單向?qū)щ娦允沟萌我忾_關按下時，不至使得P1.0-P1.3口發(fā)生短路，全部被拉到低電位，若無二極管按下任意開關時，四個開關的右端將同時處于低電位，這就使得程序不能準確判斷到底是哪個開關閉合，從而就不能順利執(zhí)行相應的花樣燈程序。3花樣燈輸出控制部分如圖為花樣燈輸出控制部分電路圖。圖中共有八個發(fā)光二極管，其采用共陽極結(jié)構。輸出信號從80c51單片機的P2口輸出，每個P2.N(N從1-7)通過

21、總線與其相對應一個發(fā)光二極管相連，發(fā)光二管與限流電阻相連，設置限流電阻的目的是限制流過發(fā)光二極管的電流大小，不至于使其因為熱效應損壞。當P2.N(N從1-7)處于低電平的時候，與其相連的二極管便被點亮，通過對P2口的高低電平的控制便控制了發(fā)光二極管的點亮與熄滅。從而實現(xiàn)花樣燈的變化。 花樣燈輸出部分電路 第六章：系統(tǒng)仿真1 KeilC51仿真本設計使用的KeilC51軟件來進行編程。KeilC51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(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部份組合在一起。主程序顯示如下：ORG 0000H LJMP START ORG 0

22、003H ;外部中斷0入口地址 LJMP T0INTORG 0100HSTART: SETB P3.2 ;外部中斷置1 SETB EA ;總中斷允許 SETB EX0 ;允許外部中斷0 CLR IT0 ;設置電平觸發(fā)方式 SJMP $ ;等待中斷T0INT: JNB P1.0,PAOMA1 JNB P1.1,LIUSHUI2 JNB P1.2,XISHUI3 JNB P1.3,XUNHUAN4 ;判0轉(zhuǎn)移到相應亮燈方式 MOV P2,#0FFH ;P2口至高電位，關閉所有LED RETI ;中斷返回 PAOMA1: ;跑馬燈程序 MOV P2,#0FFH MOV A,#0FEH LOOP1:

23、MOV P2,A LCALL DELAY RL A JNB P1.0,LOOP1 ;開關閉合繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行 SJMP T0INT ;返回到T0INT繼續(xù)判斷 LIUSHUI2: ;流水燈程序 CLR P2.0 ;點亮P2.0口 LCALL DELAY CLR P2.1 LCALL DELAY CLR P2.2 LCALL DELAY CLR P2.3 LCALL DELAY CLR P2.4 LCALL DELAY CLR P2.5 LCALL DELAY CLR P2.6 LCALL DELAY CLR P2.7 LCALL DELAY MOV P2,#0FFH ;P2口熄滅 LCALL DE

24、LAY JNB P1.1,LIUSHUI2 ;若開關閉合則循環(huán)執(zhí)行 SJMP T0INT XISHUI3: ;戲水燈程序 MOV P2,#55H ;點亮1,3,5,7號燈 LCALL DELAYMOV P2 #0FFH ;熄滅1,3,5,7號燈 LCALL DELAY MOV P2,#0AAH ;點亮2,4,6,8號燈 LCALL DELAYMOV P2 #0FFH ;熄滅2,4,6,8號燈 LCALL DELAY JNB P2.2,XISHUI3 ;循環(huán)點亮P2口SJMP T0INT XUNHUAN4: ;順序循環(huán)執(zhí)行三種花樣燈 MOV P2,#0FFH MOV A,#0FEH LOOP2:

25、 MOV P2,A LCALL DELAY RL A JB P2.7,LOOP2 LCALL DELAYING CLR P2.0 LCALL DELAY CLR P2.1 LCALL DELAY CLR P2.2 LCALL DELAY CLR P2.3 LCALL DELAY CLR P2.4 LCALL DELAY CLR P2.5 LCALL DELAY CLR P2.6 LCALL DELAY CLR P2.7 LCALL DELAY MOV P2,#0FFHLCALL DELAYING MOV P2,#55H LCALL DELAYMOV P2,#0FFH LCALL DELAYMOV P2,#0AAHMOV P2,#0FFH LCALL DELAYING JNB P1.3,XUNHUAN4 LCALL T0INT DELAY: MOV R5,#200 ;延時100ms程序 DELAY 1: MOV R6,#250 DELAY 2: DJNZ R6, DELAY 2 DJNZ R5, DELAY 1 RET DELAYING: MOV R5,#10 ;延時1S程序DELIAYING1: MOV R6,#200DELAYING2: MOV R7,#25