LED廣告燈設(shè)計-綜合論文-

項目4

LED廣告燈設(shè)計《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月★知識目標(biāo)：單片機(jī)I/O端口及端口的基本應(yīng)用；單片機(jī)C語言的基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法；程序?qū)纹瑱C(jī)端口的控制方法。★能力目標(biāo)：能根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求編制程序流程圖，理解程序?qū)Πl(fā)光二極管的控制原理；會利用繪制流水廣告燈電路原理圖；會用keilC51軟件對源程序進(jìn)行編譯調(diào)試及與protues軟件聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)電路仿真。任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月

廣告燈是一種常見的裝飾，常用于街上的廣告及舞臺裝飾等場合。最簡單的流水廣告燈就是各個燈依次發(fā)光。本任務(wù)利用AT89S51單片機(jī)來實現(xiàn)這一功能。1.1提出任務(wù)用AT89S51的P1口做輸出口，接八只發(fā)光二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8，編寫程序，使發(fā)光二級管循環(huán)點亮，時間間隔為

0.2s。即剛開始時D1點亮，延時0.2s后，接著是D2點亮，接著依次點亮D3、D4、D5、D6、D7、D8，然后再點亮D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1，重復(fù)循環(huán)。1.2分析任務(wù)1.硬件電路設(shè)計電路組成。這里選擇具有內(nèi)部程序存儲器的AT89S51單片機(jī)作為控制電路，其P1口接8個發(fā)光二極管（LED）和8個限流電阻，硬件電路原理圖如圖4.1所示?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計電路分析。要使LED點亮，則P1口的對應(yīng)端子

輸出低電平，即P1.0＝0時，D1亮。一般情況

下，驅(qū)動LED的電流約10mA左右，而LED本身的

壓降為2V。當(dāng)P1.0輸出為低電平時，輸出為0V，則流經(jīng)D1的電流為，為了在仿真實驗中讓LED

更亮一些，在這里取限流電阻為100Ω。相反，當(dāng)P1.0輸出為高電平時，輸出電壓為5V，則流

經(jīng)D1的電流為0mA，D1不亮（熄滅），即P1.0＝1時，D1不亮（熄滅）?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月2.軟件設(shè)計思路

P1口輸出電平分析。在圖3.1中，P1口的每一位都接有一個LED，要實現(xiàn)流水燈功能，就是要

讓各個LED依次點亮一段時間，再熄滅一段時

間，然后再點亮下一個LED一段時間，然后再

熄滅一段時間，如此循環(huán)。換句話來說，就是讓P1口周而復(fù)始地輸出高電平和低電平，要實現(xiàn)這一功能，最簡單和最直接的方法是依次將數(shù)據(jù)送往P1口，每送一個數(shù)據(jù)延時一段時間。根據(jù)上述分析，我們列出一個功能表，如表4-1所示?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月

從表4-1可以看出，要實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)功能，P1口輸出的8個數(shù)據(jù)分別是11111110B、11111101B、11111011B、11110111B、11101111B、11011111B、10111111B、011111111B，轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制分別是0xfe、0xfd、0xfb、0xf7、0xef、0xdf、0xbf和0x7f。送完這8個數(shù)據(jù)后再反過來送011111111B、

10111111B、11011111B、11101111B、11110111B、11111011B、11111101B、11111110B，轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制分別是0x7f、

0xbf、0xdf、0xef、0xf7、0xfb、0xfd和0xfe。送完后從頭開始循環(huán)?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計

如何采用單片機(jī)C語言編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)從輸出P1口呢？從這些數(shù)據(jù)來看，有這么一個規(guī)律，D1至D8依次點亮?xí)r，就是數(shù)據(jù)中的二進(jìn)制0的位置依次往左移動了1位，D8至D1依次點亮?xí)r，就是往右依次移動1位。在單片機(jī)C51中，要直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的這種計算是不容易的，如果將數(shù)據(jù)的所有二進(jìn)制取反后，D1至D8依次點亮?xí)r

的數(shù)據(jù)就變成了：0x01、0x01、0x04、0x08、0x10、0x20、0x40、0x80，也就是后一個數(shù)是在前一個數(shù)的基礎(chǔ)上乘以2（或者直接左移1位）?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計

根據(jù)前面分析，實現(xiàn)任務(wù)的思路是：程序開始時，給某一個變量賦初始值0x01，并從端口輸出反碼，延時一段時間后，讓顯示變量左移1位，再次輸出反碼并延時，直到輸出所有左移數(shù)據(jù)為止，接下來就實現(xiàn)右移數(shù)據(jù)輸出完畢，再次重復(fù)整個過程?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計

延時程序編寫。單片機(jī)程序的延時有兩種，一種是軟件延時，一種是硬件延時，在這里我們重點討論軟件延時。當(dāng)系統(tǒng)加電后，單片機(jī)就開始工作，按照設(shè)計的程序開始運行（也稱執(zhí)行指令）。單片機(jī)執(zhí)行一條指令要花一定的時間，那么單片機(jī)執(zhí)行一條指令的執(zhí)行時間成為指令周期。指令周期是以機(jī)器周期為單位的。

MCS-51單片機(jī)規(guī)定，一個機(jī)器周期為單片機(jī)

振蕩器的12個振蕩周期。如果單片機(jī)時鐘電路中的晶振頻率為12MHz，則一個機(jī)器周期為

1us?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計

單片機(jī)的指令運行速度是很快的，要想在端口獲得一定的延時時間，就要編寫程序，使單片機(jī)運行設(shè)計程序產(chǎn)生時間延遲。

任務(wù)中要求獲得0.2s的時間長度，當(dāng)單片機(jī)的指令周期是1us時，0.2s就是1us的200

000倍。在程序編寫中常用循環(huán)語句來完成計數(shù)和時間延遲，從而獲得需要的延時時間?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計for(k=250；k>0；k--)//內(nèi)循環(huán)250次，每次約2us，延時05ms《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月//里面的循環(huán)的循環(huán)體什么也不做，但每次循環(huán)延時2us{；}}}采用單片機(jī)C語言編寫的一個0.2s延時程序如下：void

delay02s(void)

//定義延時0.2s函數(shù){unsigned

char

i，j，k；//聲明3個無符號字符型變量i、j、kfor(i=2；i>0；i--)

//外循環(huán)2次，每次約0.1s，延時0.2s{for(j=200；j>0；j--)

//外循環(huán)200次，每次約0.5ms，延時0.1s{????}任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計上述程序可以簡化為：void

delay02s(void){unsigned

char

i，j，k；for(i=2；i>0；i--)for(j=200；j>0；j--)for(k=250；k>0；k--)；}整個子程序延時為：2us×250×200×2=200

000us=0.5s《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計

思考：

如將延時改為1s，該怎樣修改程序呢？《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計//包含頭文件//定義uchar為無符號數(shù)據(jù)類型//延時0.2s函數(shù)《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月1.3源程序編寫根據(jù)程序流程圖編寫的源程序如下：//

lsd4-1.c#

include

"reg51.h"#define

uchar

unsigned

charvoid

delay02s(void){unsigned

char

i，j，k；for

(

i=2；i>0；i--

)for

(j=200；j>0；j--

)for

(k=250；k>0；k--

)；}void

main(void)

//主函數(shù)任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計{uchar

i，j；while

(1){j=0x01；for(i=0；i<8；i++){P1=

~

j；delay02s(

)；j=

j<<1；}j=0x80；for

(i=0；i<8；i++)《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月//定義變量//死循環(huán)//j初始化為0x01，左移初始值//for循環(huán)語句，完成8個循環(huán)//對變量j中的值按位取反后，從P1口輸出//延時0.2s//左移1位//設(shè)置右移初始值j為0x80任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計{??????《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月P1=

~

j；delay02s(

)；j=

j>>1；}}}//右移1位任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計1.4程序調(diào)試與電路仿真

運行C語言編輯軟件，在編輯區(qū)中輸入上面的源程序，并以“l(fā)sd4-1.c”為文件名存盤。

運行Keil

C51，然后建立一個“l(fā)sd4-1.uv2”的工程項目。把源程序文件

“l(fā)sd4-1.c”添加到工程項目中，進(jìn)行編譯，得到目標(biāo)代碼文件“l(fā)sd4-1.hex”?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計“運行Proteus，在編輯窗口中繪制如圖4.1所示的電路圖并存盤。然后選中單片機(jī)AT89s51，

左鍵點擊AT89s51，出現(xiàn)如圖4.2所示的對話框，在Program

File后面的

”按鈕，找到剛才編譯好的“l(fā)sd4-1.hex”文件，然后點擊

“OK”就可以進(jìn)行仿真了。點擊模擬調(diào)試按鈕的運行按鈕“”，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。此時可看到

D1點亮，延時0.2s后，接著是D2點亮，接著依次點亮D3、D4、D5、D6、D7、D8，然后再點

亮D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1，重復(fù)循環(huán)。任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月圖4.2《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月加載hex文件對話框任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計

知識鏈接1."文件包含"處理程序“l(fā)sd3-1.c”中的第一行#include"reg51.h"是一個"文件包含"處理。所謂"文件包含"是指一個文件將另外一個文件的內(nèi)容全部包含進(jìn)來。這里程序中包含reg51.h文件的目的是為了要使用P1這個符號，即通知C編譯器，程序中所寫的P1是指AT89S51單片機(jī)的P1端口而不是其它變量?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計2.單片機(jī)某個引腳的符號表示以P1.0引腳為例。在C語言里，如果直接寫

P1.0，C編譯器并不能識別，而且P1.0也不是一個合法的C語言變量名，所以得給它另起一個名字，這里起的名為P1_0，可是P1_0是不是就是P1.0呢？你這么認(rèn)為，C編譯器可不這么認(rèn)為，所以必須給它們建立聯(lián)系，這里使用了

C51的關(guān)鍵字sbit來定義，如:sbit

P1_0=P1^0；

//定義用符號P1_0來表示P1.0引腳，也可以用其他的符號來表示?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計3．C51程序的結(jié)構(gòu)特點

（1）C51程序是由函數(shù)構(gòu)成的。函數(shù)是C51程序的基本單位。（2）一個函數(shù)由兩部分組成：①函數(shù)說明部分。包括函數(shù)名、函數(shù)類型、函數(shù)屬性、函數(shù)參數(shù)（形參）名、形式參數(shù)類型。一個函數(shù)名后面必須跟一個圓括號，函數(shù)參數(shù)可以沒有，如main()。②函數(shù)體。即函數(shù)說明下面的大括號之內(nèi)的部分。（3）一個C51程序總是從main函數(shù)開始執(zhí)行，

而不論main函數(shù)在整個程序中所處的位置如何?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計（4）C51程序書寫格式自由，一行內(nèi)可以寫幾個語句，一個語句可以分寫在幾行上。（5）每個語句和數(shù)據(jù)定義的最后必須有一個分號“；”。分號是C51語句的必要組成部分。分號不可少，即使是程序中的最后一個語句也應(yīng)包含分號。

（6）C51本身沒有輸入輸出語句。標(biāo)準(zhǔn)的輸入和

輸出（通過串行口）是由scanf和printf等庫函數(shù)來完成的。對于用戶定義的輸出，比如直接以輸出

端口讀取鍵盤輸入和驅(qū)動LED，則需要自行編制輸出函數(shù)?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計

（7）可以用/*……*/對C51程序中的任何部分作注釋。在Keil

uVision

2中，還可以使用//進(jìn)行單行注釋。4.位運算符程序中“j=j<<1；”和“j=j>>1；”語句中的<<、>>表示左移、右移運算符。表明將j中的值左移、右移1位，得到新的數(shù)值后，再將該值賦給j?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計

思考與練習(xí)修改程序lsd3-1.c，使8只發(fā)光二極管按

2Hz的頻率閃爍。修改程序lsd3-1.c，使D1、D3、D5、D7按10Hz的頻率依次點亮。《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)1流水廣告燈的設(shè)計1.任務(wù)要求如圖4-1所示，編寫程序使發(fā)光二極管按時間依次顯示出規(guī)定的花樣，但其對于控制的顯示數(shù)據(jù)之間沒有規(guī)律，不能通過計算的方式得到。《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)2任意變化廣告燈的設(shè)計2.分析任務(wù)由于本任務(wù)中是按時間變化依次控制

LED亮、滅，可以采用與流水廣告燈的思路來完成程序的編寫，但顯示花樣所對應(yīng)的數(shù)據(jù)的變化不一定有規(guī)律，不能采用變量直接計算的方式實現(xiàn)前后數(shù)據(jù)的變化。因此，在這里采用查表法來實現(xiàn)。《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)2任意變化廣告燈的設(shè)計將廣告燈顯示的圖案所對應(yīng)的端口輸出數(shù)據(jù)依次編寫為一張數(shù)據(jù)表，表中每個數(shù)值中為０的位表示對應(yīng)的廣告燈亮，數(shù)據(jù)為１的位表示為應(yīng)的廣告燈滅。將這張數(shù)據(jù)表放在程序中，以數(shù)組的形式存儲，在使用時依次讀出組中的元素就得到需要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無規(guī)律變化，并且數(shù)組存儲的數(shù)據(jù)可以較多，能實現(xiàn)的花樣變化也可以復(fù)雜。《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)2任意變化廣告燈的設(shè)計

在C51中要進(jìn)行復(fù)雜計算，也可以采用數(shù)組的方式來實現(xiàn)，比如：一個周期正弦值的計算，可以先將這些列在表中，需要時查表讀出，這就是查表法。將用于點亮廣告燈的數(shù)據(jù)入在數(shù)組中，讓程序依次讀這數(shù)組中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送到端口，控制廣告燈的點亮就實現(xiàn)了任意規(guī)律變化廣告的控制。假設(shè)有Ｎ個數(shù)據(jù)，當(dāng)程序讀完Ｎ個數(shù)據(jù)后，又從頭開始讀數(shù)，具體的程序流程圖如圖4.3所示?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)2任意變化廣告燈的設(shè)計任務(wù)2任意變化廣告燈的設(shè)計《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月3.源程序編寫/*文件名lsd4-2.c*/#include

"reg51.h"#define

uchar

unsigned

charuchar《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月//包含頭文件//設(shè)置變量類型discode[8]={0x7e,0xbd,0xdb,0xe7,0xdb,0xbd,0x7e,0xff};

//定義顯示花樣數(shù)據(jù)的數(shù)組void

delay02s(void){unsigned

char

i,j,k;for(i=2;i>0;i--)//延時時間任務(wù)2任意變化廣告燈的設(shè)計//主函數(shù)《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月//定義變量for(j=200;j>0;j--)for(k=250;k>0;k--);}?void

main(void){uchar

i;while(1){for(i=0;i<8;i++){P1=discode[i];//循環(huán)8次//將數(shù)組discode中的第i個數(shù)據(jù)取出來，賦給P1口輸出delay05s();}}}任務(wù)2任意變化廣告燈的設(shè)計4.程序調(diào)試與電路仿真同任務(wù)1，在此不再重復(fù)。仿真效果如圖

4.4所示。《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)2任意變化廣告燈的設(shè)計任務(wù)2任意變化廣告燈的設(shè)計《單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月

知識鏈接1.C51數(shù)據(jù)類型——char

char類型的長度是一個字節(jié)，通常用于定義處理字符數(shù)據(jù)的變量或常量。分無符號字符類型unsigned

char和有符號字符類型signed

char，默認(rèn)值為signed

char類型?！秵纹瑱C(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)與實踐》張永格何乃味主編北京交通大學(xué)出版社2009年6月任務(wù)2任意變化廣告燈的設(shè)計

unsigned

char類型用字節(jié)中所有的位來表示數(shù)值，