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文檔簡(jiǎn)介

1、滁 州 學(xué) 院 電子與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱設(shè)計(jì)題目專業(yè)名稱班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)老師 年 月 日 電氣學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)名稱學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師第一章 緒論41.1 課題簡(jiǎn)介41.2 設(shè)計(jì)目的41.3設(shè)計(jì)方法4第二章 設(shè)計(jì)概述52.1 設(shè)計(jì)任務(wù)52.2 設(shè)備器材5第三章 方案論證與比較63.1循環(huán)移位法6LED流水燈單片機(jī)的設(shè)計(jì)許劍內(nèi)容摘要:發(fā)光二極管(LED),是一種把電能變成光能的特種器件,主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。當(dāng)系統(tǒng)受到外界激發(fā)后,會(huì)從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài),當(dāng)系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時(shí),能量差以光的形式輻射出來,就會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)

2、在PN結(jié)上加以正向電壓之后,P區(qū)的空穴注入至N區(qū),N區(qū)的電子注入至P區(qū),相互注入的電子與空穴相遇后即產(chǎn)生復(fù)合,這些多數(shù)載流子在結(jié)的注入和復(fù)合中產(chǎn)生輻射而發(fā)光。它是自發(fā)輻射發(fā)光,不需要較高的注入電流產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,也不需要光學(xué)諧振腔,發(fā)射的是非相干光。LED大約是在80年代中期開始在電子顯示屏中使用的。進(jìn)入90年代以后,由于半導(dǎo)體工業(yè)的迅猛發(fā)展,帶動(dòng)了LED制造材料和工藝的改進(jìn),在顏色與亮度方面都有了質(zhì)的飛躍。早期的LED顯示屏,由于受材料和工藝的限制,視角僅有200一300左右,從而制約了LED顯示屏的發(fā)展。在分辨率方而,由于受當(dāng)時(shí)數(shù)字技術(shù)、集成電路技術(shù)和控制技術(shù)等技術(shù)的限制,很難作出高密

3、度的LED顯示屏。今后隨著半導(dǎo)體工業(yè)的不斷發(fā)展,無論是材料,還是加工工藝,都會(huì)不斷地提高,LED顯示屏在顏色、視角、亮度、密度、壽命等方面也會(huì)逐步完善,價(jià)格也會(huì)進(jìn)一步降低。關(guān)鍵詞;發(fā)光二極管,電子顯示屏,集成電路第一章 緒論1.1 課題簡(jiǎn)介當(dāng)今社會(huì),隨著人們物質(zhì)生活的不斷提高,電子產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了家家戶戶,無論是生活或?qū)W習(xí),還是娛樂和消遣幾乎樣樣都離不開電子產(chǎn)品,大型復(fù)雜的計(jì)算能力是人腦所不能勝任的,而且比較容易出錯(cuò)。計(jì)算器作為一種快速通用的計(jì)算工具方便了用戶的使用。計(jì)算器可謂是我們最親密的電子伙伴之一。本設(shè)計(jì)著重在于分析計(jì)算器軟件和開發(fā)過程中的環(huán)節(jié)和步驟,并從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)對(duì)計(jì)算器設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的

4、分析和研究。單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本,廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)稱單片機(jī),特別適用于控制領(lǐng)域,故又稱為微控制器。本系統(tǒng)就是充分利用了8051芯片的I/O引腳。系統(tǒng)以采用MCS-51系列單片機(jī)Intel8051為中心器件來設(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,并實(shí)現(xiàn)循環(huán)的速度可調(diào)。1.2 設(shè)計(jì)目的通過本次課題設(shè)計(jì),應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用等所學(xué)相關(guān)知識(shí)及查閱資料,完成簡(jiǎn)易LED流水燈系統(tǒng)設(shè)計(jì),以達(dá)到理論與實(shí)踐更好的結(jié)合、進(jìn)一步提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和設(shè)計(jì)的能力的目的。通過本次設(shè)計(jì)的訓(xùn)練,可以使我在基本思路和基本方法上

5、對(duì)基于MCS-51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)比較感性的認(rèn)識(shí),并具備一定程度的設(shè)計(jì)能力。1.3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)榈碗娖骄涂梢粤耍幌喾?,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,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,

6、8只LED燈便會(huì)一亮一暗的做流水燈了。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。在此基礎(chǔ)上,增加外擴(kuò)設(shè)備,利用74LS373和8255擴(kuò)展成24個(gè)LED燈循環(huán)顯示。 第二章 設(shè)計(jì)概述2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容:利用匯編語言(或C語言),實(shí)現(xiàn)8個(gè)單色LED燈的左、右循環(huán)顯示,并實(shí)現(xiàn)循環(huán)的速度可調(diào)。選用芯片: 8255 等注:由于實(shí)驗(yàn)室的沒有提供8255芯片,所以改用單片機(jī)完成此實(shí)驗(yàn),并且添加了調(diào)節(jié)燈明暗的功能,以實(shí)現(xiàn)明暗可調(diào)。2.2 設(shè)備器材在本設(shè)計(jì)中,所用到的設(shè)備器材如下所示:(1)計(jì)

7、算機(jī)一臺(tái);(2)唐都儀器實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái);(3) AT89C52單片機(jī)一片;(4)導(dǎo)線若干。第三章 方案論證與比較3.1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)

8、現(xiàn)“流水”效果。具體編程如下所示,程序結(jié)構(gòu)確實(shí)簡(jiǎn)單了很多。3.2查表法上面的兩個(gè)程序都是比較簡(jiǎn)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

9、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(jiǎn)略的多。第四章 硬件設(shè)計(jì)方案4.1 設(shè)計(jì)思路本課題需要用按鈕開關(guān)實(shí)現(xiàn)流水燈的左右循環(huán)顯示、調(diào)速、控制亮度的功能??梢赃x用五個(gè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)這些操作。單片機(jī)正在軟件運(yùn)行下通過不斷掃描開關(guān)狀態(tài),來將相關(guān)操作對(duì)應(yīng)量送入單片機(jī)的輸入端口,然后判斷屬于哪一類操作。五個(gè)開關(guān)分別為K1,K2,K3,K4,K5,分別控制流水燈的調(diào)向、加速、減速、變亮、變暗。在設(shè)計(jì)過程中,接開關(guān)的端口要全部保持高電平,當(dāng)按下一個(gè)開關(guān)時(shí),輸入一個(gè)低電平,即為狀態(tài)改變信號(hào)。不

10、能同時(shí)有兩個(gè)端口同為高電平。在設(shè)計(jì)中我主要負(fù)責(zé)了用云脈沖寬度調(diào)制(PWM)波控制LED燈的亮度環(huán)節(jié),開始對(duì)PWM并不是很了解,通過請(qǐng)教同學(xué)和查閱相關(guān)資料,漸漸明白了其中的原理。在主程序運(yùn)行時(shí)通過中斷方式調(diào)整其輸出電壓的占空比,從而改變燈泡的亮度。原理是這樣的,主程序的始終頻率和中斷的始終頻率并不相同,大約是中斷的一千倍,LED燈在移動(dòng)時(shí)如果響應(yīng)了中斷,則在執(zhí)行中斷程序時(shí),LED燈近似看做沒有移動(dòng),此時(shí)在中斷程序中設(shè)計(jì)一個(gè)初值和一個(gè)上限,當(dāng)計(jì)數(shù)到初值時(shí)置燈泡滅掉,在計(jì)數(shù)到上限之前小燈泡都是熄滅的,到達(dá)上限后回0,并置燈泡為亮,繼續(xù)計(jì)數(shù),在到設(shè)定的初值時(shí)置小燈泡為滅掉。這樣在主程序的一個(gè)周期內(nèi),中

11、斷程序?qū)⑿襞葜妹髦冒盗私磺Т?,通過改變?cè)O(shè)定的初值可以改變小燈泡的亮度。4.2 硬件選擇本實(shí)驗(yàn)選用AT89C52單片機(jī)、五個(gè)按鍵開關(guān)和8個(gè)發(fā)光二極管。其中AT89C52為控制核心,當(dāng)5個(gè)開關(guān)的狀態(tài)改變時(shí),單片機(jī)檢測(cè)到開關(guān)信號(hào)后就通過軟件輸出控制發(fā)光二極管。4.3 AT89C52單片機(jī)介紹AT89C52是一個(gè)低電壓,高性能CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大的A

12、T89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52有40個(gè)引腳,32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口,同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口,3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口,2個(gè)讀寫口線。AT89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下:引腳圖如下: 引腳功能說明:P0 口:P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口, 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí),每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL邏輯門電路,對(duì)端口P0 寫“1”時(shí),可作為高阻抗輸入端用。 訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí),這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8 位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在Flash 編程時(shí),

13、P0 口接收指令字節(jié),而在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié),校驗(yàn)時(shí),要求外接上拉電阻。 P1 口:P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是,P1.0 和P1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(P1.0/T2)和輸入(P1.1/T2EX), 參見表1。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間,P1 接收低8 位地址。 表.P1.0和P1.1的第二

14、功能 引腳號(hào)功能特性P1.0T2,時(shí)鐘輸出P1.1T2EX(定時(shí)/計(jì)數(shù)器2) P2 口:P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2 寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口,作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令)時(shí),P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行MOVX RI 指令)時(shí),P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。 Flash

15、編程或校驗(yàn)時(shí),P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3 口:P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對(duì)P3 口寫入“1”時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí),被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流(IIL)。P3 口除了作為一般的I/O 口線外,更重要的用途是它的第二功能 。P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí),RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE(地址鎖

16、存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下,ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是:每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE 脈沖。 對(duì)Flash 存儲(chǔ)器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。如有必要,可通過對(duì)特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位,可禁止ALE 操作。該位置位后,只有一條MOVX 和MOVC指令才能將ALE 激活。此外,該引腳會(huì)被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí),應(yīng)設(shè)置ALE 禁止位無效。 PSEN:程序儲(chǔ)存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)AT89C52 由

17、外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效,即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間,當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,將跳過兩次PSEN信號(hào)。 EA/VPP:外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000HFFFFH),EA 端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1 被編程,復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平(接Vcc端),CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí),該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp,當(dāng)然這必須是該器件是使用12V 編程電壓Vpp。 XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相

18、放大器的輸出端。4.4硬件連接框圖單片機(jī)從開關(guān)上提取不同輸入信號(hào),進(jìn)行相應(yīng)的軟件操作,反映輸出在發(fā)光二極管上。開關(guān)輸入AT89C52單片機(jī)流水燈4.5設(shè)計(jì)連線本實(shí)驗(yàn)的連線為:開關(guān)使用唐都試驗(yàn)箱上的5個(gè)開關(guān),分別接到單片機(jī)的P2.0P2.4口,然后發(fā)光二極管分別接到單片機(jī)的P1.0P1.7口。4.6實(shí)驗(yàn)仿真電路圖4.7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

19、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2-2:第五章軟件設(shè)計(jì)方案5.1 軟件設(shè)計(jì)思想一個(gè)完整的系統(tǒng)僅有硬件是不夠的,還要有軟件的配合。軟件和硬件對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來說都是不可或缺的。本實(shí)驗(yàn)采用C語言編程,在具體設(shè)計(jì)中,通過GetKey()函數(shù)來不停的掃描開關(guān)的狀態(tài),通過KeyProcess()來確定輸入的信號(hào),即按鍵的位置,從而執(zhí)行不同的子程序內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)LED燈的控制。5.2 程序流程圖第六章 調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果與存在問題6.1 調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果 通過設(shè)計(jì)和編寫程序代碼,講程序通過Keil軟件編譯后生成的hex文件寫進(jìn)AT89C52中,

20、便可操作。為當(dāng)撥動(dòng)相應(yīng)的開關(guān)時(shí),看LED燈的變化。調(diào)試過程中問題很多,主要原因是對(duì)單片機(jī)結(jié)構(gòu)的不熟悉,其次就是程序中的一些問題。但通過努力,都被一一解決。實(shí)際接線前我們先用protues仿真了一下實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確認(rèn)無誤后接線,這樣提高了調(diào)試的時(shí)間。6.2存在的問題1、邏輯錯(cuò)誤:它是由設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或加工過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的。這類錯(cuò)誤包括錯(cuò)線、開路、短路等。2、元器件失效:有兩方面的原因:一是器件本身已損壞或性能不符合要求;二是組裝錯(cuò)誤造成元件失效,如電解電容、集成電路安裝方向錯(cuò)誤等。3、可靠性差:因其可靠性差的原因很多,如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞,經(jīng)不起振動(dòng);走線和布局不合理也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。4、電源故障:若樣機(jī)由電源故障,則加電后很容易造成器件損壞。電源故障包括電壓值不符合設(shè)計(jì)要求,電源引線和插座不對(duì),功率不足,負(fù)載能力差等。調(diào)試方法:包括多級(jí)調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。在調(diào)試過程中要針對(duì)可能出現(xiàn)的故障認(rèn)真分析,直至檢查出原因并排除。本次硬件調(diào)試過程中,對(duì)所出現(xiàn)的問題進(jìn)行了認(rèn)真的分析和改正,最后能夠很好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求的效果???結(jié)經(jīng)過四次的上機(jī)

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