基于單片機(jī)的LED流水燈設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)1掌握MCS-51系列8051、8255的最小電路及外圍擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)方法2了解單片機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能及工作過程3設(shè)計(jì)LED流水燈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED霓虹燈的左、右循環(huán)顯示4完成主要功能模塊的硬件電路設(shè)計(jì)5用proteus軟件完成原理電路圖的繪制一 設(shè)計(jì)方法本課題使用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)帶有八個(gè)發(fā)光二極管的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由發(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)。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)楦唠娖剑煌?，接在P1.1P1.7口的其他7個(gè)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LED1LED8依次點(diǎn)亮、熄滅，8只LED燈便會(huì)一亮一暗的做流水燈了。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。二 方案論證與比較2.1循環(huán)移位法在上個(gè)程序中我們是逐個(gè)控制P1端口的每個(gè)位來實(shí)現(xiàn)的，因此程序顯得有點(diǎn)復(fù)雜，下面我們利用循環(huán)移位指令，采用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程。我們?cè)诔绦蛞婚_始就給P1口送一個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)本身就讓P1.0先低，其他位為高，然后延時(shí)一段時(shí)間，再讓這個(gè)數(shù)據(jù)向高位移動(dòng)，然后再輸出至P1口，這樣就實(shí)現(xiàn)“流水”效果啦。由于8051系列單片機(jī)的指令中只有對(duì)累加器ACC中數(shù)據(jù)左移或右移的指令，因此實(shí)際編程中我們應(yīng)把需移動(dòng)的數(shù)據(jù)先放到ACC中，讓其移動(dòng)，然后將ACC移動(dòng)后的數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)送到P1口，這樣同樣可以實(shí)現(xiàn)“流水”效果。具體編程如下所示，程序結(jié)構(gòu)確實(shí)簡單了很多。2.2查表法上面的兩個(gè)程序都是比較簡單的流水燈程序，“流水”花樣只能實(shí)現(xiàn)單一的“從左到右”流方式。運(yùn)用查表法所編寫的流水燈程序，能夠?qū)崿F(xiàn)任意方式流水，而且流水花樣無限，只要更改流水花樣數(shù)據(jù)表的流水?dāng)?shù)據(jù)就可以隨意添加或改變流水花樣，真正實(shí)現(xiàn)隨心所欲的流水燈效果。我們首先把要顯示流水花樣的數(shù)據(jù)建在一個(gè)以TAB為標(biāo)號(hào)的數(shù)據(jù)表中，然后通過查表指令“MOVCA，A+DPTR”把數(shù)據(jù)取到累加器A中，然后再送到P1口進(jìn)行顯示。具體源程序如下，TAB標(biāo)號(hào)處的數(shù)據(jù)表可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)效果的要求任意修改。2.3位控法這是一種比較笨但又最易理解的方法，采用順序程序結(jié)構(gòu)，用位指令控制P1口的每一個(gè)位輸出高低電平，從而來控制相應(yīng)LED燈的亮滅。本次實(shí)驗(yàn)我們采用的是查表法和循環(huán)移位法，這兩個(gè)方法要比位控法要復(fù)雜些，但是程序要簡略的多三 硬件設(shè)計(jì)1單片機(jī)時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。在MCS-51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳X1，輸出端為引腳X2，在芯片的外部跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。此電路采用12MHz的石英晶體。時(shí)鐘電路如下圖：2復(fù)位電路電阻的作用是用于上電復(fù)位的，VCC以上電，由于電容兩端電壓不能突變，所以RST上為高電平，然后電容放電，RST就為低電平了，還可以用手動(dòng)復(fù)位，此電路應(yīng)用自動(dòng)復(fù)位。3工作電路工作電路就是根據(jù)總的電路的指令，來反應(yīng)工作情況。本電路的流水燈電路具體的如下：根據(jù)各個(gè)模塊的功能及他們的信號(hào)傳輸，連接電路如下：四 軟件設(shè)計(jì)匯編語言和C語言的特點(diǎn)及選擇本設(shè)計(jì)是硬件電路和軟件編程相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，選擇合適的編程語言是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，常用的是匯編語言和C語言。機(jī)硬件，程序可讀性和可移植性比較差。而C語言雖然執(zhí)行效率沒有匯編語言高，但語言簡潔，使用方便，靈活，運(yùn)算豐富，表達(dá)化類型多樣化，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型豐富，具有結(jié)構(gòu)化的控制語句，程序設(shè)計(jì)自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中采用C語言編寫軟件程序。C語言程序設(shè)計(jì)特殊功能寄存器P0一共八位，因此P0寄存器可一次存放一字節(jié)數(shù)據(jù)，寄存器的每位的輸出對(duì)應(yīng)P0.0P0.7引腳，其中P0.0為P0的低位引腳，P0.7為高位引腳。P0引腳輸出高低電平與寄存器P0存放數(shù)據(jù)一致，如程序中，P0=0x01時(shí)，則只有P0.0輸出高電平，其它引腳輸出低電平。為了實(shí)現(xiàn)流水燈效果，程序設(shè)計(jì)讓P0的八個(gè)引腳依次輸出高電平即可。如先讓P0=0x01，LED1點(diǎn)亮，然后讓P0=0x02，LED2點(diǎn)亮，依次往下操作，P0=0x80時(shí)，LED8被點(diǎn)亮。每次點(diǎn)亮一只LED后，通過延時(shí)函數(shù)調(diào)整下一個(gè)LED被點(diǎn)亮的時(shí)間間隔。程序清單如下#include /*延時(shí)函數(shù)*/void delay(unsigned int x)while(x-);/*主函數(shù)*/void main(void)P0=0x01;delay(30000);P0=0x02;delay(30000);P0=0x04;delay(30000);P0=0x08;delay(30000);P0=0x10;delay(30000);P0=0x20;delay(30000);P0=0x40;delay(30000);P0=0x80;delay(30000);通過電路仿真，LED可以實(shí)現(xiàn)從右到左的一次點(diǎn)亮，但此程序看起來很笨，并且功能單一，我們可以考慮采用數(shù)組實(shí)現(xiàn)，如把P0的八個(gè)取值放在一個(gè)數(shù)組里，這樣就可以通過數(shù)組取值達(dá)到LED流水燈顯示效果。程序修改為：/*預(yù)處理*/#includeunsignedcharcodeLED=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;/*延時(shí)函數(shù)*/voiddelay(unsignedintx)while(x-);/*主函數(shù)*/voidmain(void)while（1）P0=LEDi;delay(30000);i+；if（i=9）i=0;該程序與原程序仿真運(yùn)行結(jié)果是一樣的，但利用數(shù)組精簡了程序的冗余項(xiàng)，更加符合軟件的編程思想。五軟件調(diào)試軟件調(diào)試一般分為以下四個(gè)階段：1、編寫程序并查錯(cuò)；2、在匯編語言的編譯系統(tǒng)中編譯源程序3、對(duì)程序進(jìn)行編譯連接，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)程序中存在的錯(cuò)誤；4、改正錯(cuò)誤。在軟件調(diào)試過程中，對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行了認(rèn)真的分析和修改，多次調(diào)試成功后，能夠很好的達(dá)到既定的設(shè)計(jì)效果。六 運(yùn)行結(jié)果如下Led燈從左至右依次熄滅七 體會(huì)1通過本次的實(shí)驗(yàn)，熟悉keil仿真軟件、proteus仿真軟件的使用。了解并熟悉單片機(jī)I/O口和LED燈電路結(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)構(gòu)建簡單的流水燈電路。掌握C51中單片機(jī)I/O口的編程方法和使用I/O口進(jìn)行輸入輸出的注意事項(xiàng)。2最開始從課題的選擇，計(jì)算器的設(shè)計(jì)、硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、到最后的Proteus軟件仿真完成，這其中經(jīng)歷了很多困難，但是更重要的是在這個(gè)過程中我得到了很大的鍛煉。通過C51單片機(jī)等一些器件的設(shè)計(jì)讓我學(xué)習(xí)和掌握了單片機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)要點(diǎn)，也使現(xiàn)在正在學(xué)的很多知識(shí)都得到了運(yùn)用。3對(duì)于這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上沒有學(xué)到過的知識(shí)，掌握了一種系統(tǒng)的研究方法，可以進(jìn)行一些簡單的編程。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，例如對(duì)以