流水燈設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

TOC\o"1-3"\h\u31803一丶課題背景 164241.單片機(jī)簡(jiǎn)介 1256542.單片機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展 1247513.單片機(jī)的主要特點(diǎn) 2186804.單片機(jī)的應(yīng)用 220848二、設(shè)計(jì) 394041.要求 347852.系統(tǒng)基本方案選擇和論證 3182983.STC89C52RC介紹 319091三、我負(fù)責(zé)的內(nèi)容 5175581.單片機(jī)最小系統(tǒng) 5219112.電源供電模塊的實(shí)現(xiàn) 5191173.復(fù)位電路 6172954.晶振電路 779815.單片機(jī)流水燈電路原理圖及工作原理 73445四、總結(jié) 8一丶課題背景1.單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。2.單片機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展單片機(jī)（Microcontrollers）誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。高端的32位Soc單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。3.單片機(jī)的主要特點(diǎn)1、較高的性能價(jià)格比。目前國內(nèi)市場(chǎng)上，一些單片機(jī)的芯片價(jià)格只有十幾元人民幣，加上少量的外圍器件，就可以構(gòu)成功能豐富的各種鉀能儀器儀表及控制裝置。2、集成度高，體積小，可靠性好。單片機(jī)把各種功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。3、控制功能強(qiáng)。單片機(jī)指令系統(tǒng)、硬件資源豐富，能充分滿足工業(yè)控制的各種要求。4、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便捷式產(chǎn)品。5、開發(fā)周期短、易于產(chǎn)品化?？筛鶕?jù)需要構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。4.單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)（Microcontrollers）作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，根據(jù)發(fā)展情況，從不同角度，單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。通用型這是按單片機(jī)（Microcontrollers）適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51式通用型單片機(jī)，它不是為某種專門用途設(shè)計(jì)的；專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路?？偩€型這是按單片機(jī)（Microcontrollers）適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51式通用型單片機(jī)，它不是為某種專門用途設(shè)計(jì)的；專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。單片機(jī)這是按單片機(jī)（Microcontrollers）是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。設(shè)計(jì)1.要求（1）采用單片機(jī)STC89C52RC做成最小系統(tǒng)來控制。（2）利用最小系統(tǒng)做出跑馬燈，其LED燈的閃爍間隔時(shí)間采用延時(shí)程序控制,每種模式可采用不同的延時(shí)，靈活多變。2.系統(tǒng)基本方案選擇和論證單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵輸入、顯示輸出等。單片機(jī)接口電路主要用來連接計(jì)算機(jī)和其它外部設(shè)備。各功能模塊的選擇及論證如下:復(fù)位電路:由電容和電阻構(gòu)成,由電路圖并結(jié)合"電容電壓不能突變"的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平,并且,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來決定.典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。本設(shè)計(jì)中R=10K,C=10uF。晶振電路:典型的晶振取11.0592MHz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場(chǎng)合)同時(shí)也可取12MHz(產(chǎn)生精確的微秒級(jí)時(shí)歇,方便定時(shí)操作)，因設(shè)計(jì)需要，本設(shè)計(jì)采用12M晶振。單片機(jī):一片AT89S51/52或其他51系列兼容單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用STC89C52RC。接口電路:具有人機(jī)交互接口。具有一定的可擴(kuò)展性，單片機(jī)I/O口可方便地與其他電路板連接。通過該最小系統(tǒng)，我們可以用keil軟件進(jìn)行編程從而實(shí)現(xiàn)對(duì)一些外設(shè)的控制！比如一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：閃爍燈、跑馬燈、數(shù)碼管和蜂鳴器的展示等等！3.STC89C52RC介紹STC89C52為8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0~P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0端口（32~39腳）被定義為N1功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13腳定義為IR輸入端，10腳和11腳定義為總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。三、我負(fù)責(zé)的項(xiàng)目1.單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖所示。 原理圖2.電源供電模塊的實(shí)現(xiàn)對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來講，首要問題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。51系列單片機(jī)雖然使用時(shí)間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實(shí)際使用過程中，一個(gè)和典型的問題就是相比其他系列的單片機(jī)，51系列單片機(jī)更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個(gè)重要手段就是為單片機(jī)系統(tǒng)配置一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計(jì)算機(jī)的USB口供給3.復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位，是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來說，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一些寄存器以及存儲(chǔ)設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。復(fù)位電路有按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩種。上電復(fù)位：STC89C52RC系列單片機(jī)為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳RST上連接一個(gè)電容到VCC，再連接一個(gè)電阻到GND，由此形成一個(gè)RC充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí)RST腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值為10K和10uF。如圖所示。復(fù)位電路圖按鍵復(fù)位：按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來使單片機(jī)復(fù)位。由于按鍵復(fù)位可控性稍強(qiáng)，比較適合樣品制作或者實(shí)驗(yàn)室調(diào)試場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。如圖所示。復(fù)位電路圖4.晶振電路晶振電路圖5.單片機(jī)流水燈電路原理圖及工作原理按照單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展與系統(tǒng)配置狀況，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)及典型系統(tǒng)等。AT89C51單片機(jī)是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，具有豐富的內(nèi)部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)、2個(gè)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(jī)時(shí)無須外擴(kuò)存儲(chǔ)器。因此，本流水燈實(shí)際上就是一個(gè)帶有32個(gè)發(fā)光二極管的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由AT89C51單片機(jī)、電阻、發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路和必要的軟件組成的單個(gè)單片機(jī)。其具體的電路原理圖組成如下所示：

單片機(jī)流水燈的電路原理圖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?yōu)榈碗娖骄涂梢粤?；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的電平變?yōu)楦唠娖?；同理，其他LED的點(diǎn)亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮、熄滅。在此我們還應(yīng)注意一點(diǎn)，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短，我們?cè)诳刂贫O管燈亮滅的時(shí)候應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，否則我們就看不到“流水”效果了。四、總結(jié)在本次設(shè)計(jì)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(shí)很簡(jiǎn)單，主要是對(duì)知識(shí)的掌握程度不夠，擴(kuò)展知識(shí)欠缺，這就要求我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)中，應(yīng)該注意到這一點(diǎn)，并且應(yīng)該多讀一些課外的文獻(xiàn)，只靠書本上的知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。更重要的是我們要學(xué)會(huì)把從書本中