單片機流水燈控制系統(tǒng)設計論文

1、單片機流水燈系統(tǒng)設計學生 專業(yè)班級 學 號 指導教師 2015年4月25日19 / 21摘要自計算機問世以來，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，單片機更是取代了由齒輪調(diào)節(jié)延遲時間的舊式市發(fā)展速度，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、智能儀器儀表、機電一體化產(chǎn)品、智能接口、計算機通信以與單片機的多級系統(tǒng)等領域。本文主要講的是單片機，課題名稱為單片機流水燈控制，它使我們學會了如何使用單片機控制我們

2、日常生活中的多設備設施的應用。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。本課題詳細地介紹了一種由MCS-89C51集成塊編程實現(xiàn)的控制電路，它完成了單片機流水燈控制功能，并給出了具體的硬件電路和相應的程序。這種控制電路可靠性，靈活性高，使用圍廣，特別適合中小城市的交通燈、霓虹燈等的應用。而且，它對其他類似系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的借鑒意義。通過本次實訓實習，其目的是讓電子信息工程專業(yè)的畢業(yè)生通過自己動手制作一些實際電子產(chǎn)品，掌握一定的電子產(chǎn)品設計、制作技能和調(diào)試技術，鞏固電子技術的理論知識，鍛煉和提高學生的動手能力和綜合運用知識解決實際問題的能力與實踐動手能力。讓學生完全體驗電子產(chǎn)品

3、開發(fā)的全過程，整個電路的制作、調(diào)試，讓學生完全自己動手完成，真正受到工程實踐的基本訓練，培養(yǎng)成為電子信息領域的高級應用型技術人才。關鍵詞：單片機；集成塊；I/O口；接口技術信號燈。目錄摘要1前言31  概述41. 1什么是單片機412單片機的發(fā)展413 單片機的應用52 原理621 流水燈電路原理圖與工作原理62.2發(fā)光二極管72.3晶體震蕩器73編程83.1 單片機應用系統(tǒng)的軟件設計83.2編程84 仿真調(diào)試1941軟件仿真19結(jié)論20前言隨著單片機功能的飛速發(fā)展，單片機的應用領域已經(jīng)廣泛滲透到了國民經(jīng)濟的各個領域，無是無處不在影響著每個現(xiàn)代人的生活。單片機技術的出現(xiàn)給現(xiàn)

4、代工業(yè)測控領域帶來了一次技術革命。目前，單片機仍以其高可靠性、高性價比，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能畫儀器儀表、智能家電等諸多領域得到了廣泛的應用。作為將要從事單片機應用系統(tǒng)開發(fā)方面的技術人員，掌握單片機的應用技術是必要的。在單片機的應用過程中，單片機只是應用系統(tǒng)的一個核心部件，為把單片機系統(tǒng)應用于不同的領域，只掌握單片機的基礎知識是遠遠不夠的，要想構成一個完善的應用系統(tǒng)，還要熟悉執(zhí)行機構與硬件接口電路的應用特性，同時，還應該掌握系統(tǒng)的結(jié)構布局、印刷電路板的結(jié)構布局與軟件的設計技巧這些書本上學不到的知識，因此為設計出完善的應用系統(tǒng)，必須在實際工作中勤于實踐，逐步積累這方面的經(jīng)驗。當今時代

5、是一個新技術層出不窮的時代，在電子領域尤其是自動化智能控制領域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構成的控制系統(tǒng)，正以前所未見的速度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。目前，一個學習與應用單片機的高潮正在工廠、學校與企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。學習單片機的最有效方法就是理論與實踐并重，次此用AT89C51單片機自制了一款簡易的流水燈，重點介紹了其軟件編程方法，以與給單片機初學者以啟發(fā)，更快地成為單片機領域的優(yōu)秀人才。電子技術課程設計是電子技術課程的實踐性環(huán)節(jié)，是對所學的電子技術基本理論知識的綜合運用。課程設計是根據(jù)某一

6、課題技術指標或邏輯功能的要求，進行電路的獨立設計，實驗安裝和調(diào)試，在實驗板上進行電子產(chǎn)品的制作和寫出實驗總結(jié)報告。根據(jù)這次課程設計的容和要求，我首先進行了整體方案的構思，通過在圖書館和上網(wǎng)查閱資料，并分析和比較，選取了一種簡單而且可行性高的方案。此方案主要由延時電路、定時計數(shù)電路、主控電路、程序譯碼驅(qū)動電路等組成。通過查閱有關書籍、上網(wǎng)和綜合已學機以與電子技術的知識，并考慮到電路的工作穩(wěn)定性，設計成本低，電路簡單，功耗低等因素，同時還留有余地用于電路的功能擴展，鑒于此選用了比較常見的元器件來構成各單元電路，選取所須的元件后，對各電路元件的參數(shù)進行了計算，然后進實驗室進行電路的安裝和調(diào)試。經(jīng)過幾

7、天緊的電路安裝和調(diào)試，期間還進行了部分方案的的單片修改和改進，實現(xiàn)了課程設計的主要任務和具體要求。1       概述1. 1什么是單片機單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構的最佳選擇。   可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機

8、。它由主機、鍵盤、顯示器等組成（如圖1所示）。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電

9、路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上.單片機的應用領域 ：   1.單片機在智能儀器儀表中的應用；   2.單片機在工業(yè)測控中的應用；   3.單片機在計算機網(wǎng)絡和通訊技術中的應用；   4.單片機在日常生活與家電中的應用；   5.單片機在辦公自動化方面。   目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的

10、實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以與程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。12單片機的發(fā)展單片機就是在一塊硅片上集成了中央處理器CPU(Central Processing Unit)、隨機存儲器RAM(Random Access Memory)、只讀存儲器ROM(Read Only Memory)、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器和多種I/O口（Input/Output Ports）的一個

11、不帶外部設備的微型計算機。它具有計算機的基本屬性，所以可以稱它為單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)，簡稱單片機。1971年微處理器研制成功后不久，就出現(xiàn)了單芯片的微型計算機，即單片機。最早的單片機是一位的。1976年Intel公司推出了第一代8位單片機的代表產(chǎn)品-MCS-48系列單片機8048，它將CPU、串行口、定時器和128BRAM集成在一塊芯片，使用的是NMOS工藝。在MCS-48成功的刺激下，出現(xiàn)了第二代單片機產(chǎn)品。在第二代單片機中，IntelMCS-51進入中國市場最早，過渡到CMOS工藝的80C51要遲一些。1982年以后，高速低功耗CHMOS工藝

12、的出現(xiàn)，使許多公司生產(chǎn)與80C51兼容的單片機，并擴展了其功能。8位單片機后，還出現(xiàn)了16位的單片機，1983年Intel公司推出的MCS-96系列單片機就是其中的典型代表之一。近10年來出現(xiàn)的具有許多新特點的單片機，可以稱之為第三代單片機。目前單片機的存容量可以做得相當大，I/O功能也已足夠地豐富，可以不用外加擴展芯片；大多數(shù)單片機都提供可由用戶編程的OTPROM型式；隨著單片機程序存儲空間的擴大，在空余空間可以嵌入實時操作系統(tǒng)等軟件，以提高單片機的性能和產(chǎn)品開發(fā)效率；擴展方式從并行總線型發(fā)展出各種串行總線，如IC總線、USB總線、CAN總線等；有的單片機集成了多個CPU，將數(shù)字信號處理器、

13、精簡指令集計算機等集成到單片機中的產(chǎn)品也不斷出現(xiàn)；另外，在抗干擾、抗噪聲、提高可靠性、功耗管理等方面的新技術也不斷的出現(xiàn)。單片機雖然種類繁多，但就其應用情況看，功能最強的16位機屬于日立公司的H8/3048系列，8位機要數(shù)Intel公司的MCS-51系列。13 單片機的應用在生產(chǎn)和生活的各個領域中，凡是有自動控制要求的地方都會有單片機的出現(xiàn)。單片機的應用有利于產(chǎn)品小型化、多功能化和智能化，而且抗干擾能力強，可在各種惡劣的環(huán)境下可靠的工作，成本也較低。所以單片機的應用已極為廣泛，它在工業(yè)自動化、工業(yè)測控、智能儀器儀表、家用電器、信息與通信、軍事裝備等方面都在發(fā)揮著“微電腦控制”的作用。較高檔的單

14、片機都有通信接口，因而為單片機在計算機網(wǎng)絡與通信設備中的應用創(chuàng)造了很好的條件。在微波通信、短波通信、載波通信、光纖通信和程控交換等設備、儀器中都能找到單片機的應用，如通信系統(tǒng)中的監(jiān)控、自適應控制系統(tǒng)，頻率合成，聲像處理，數(shù)字濾波，自動撥號無線網(wǎng)，自動呼叫應答設備與程控調(diào)度分機等。單片機廣泛應用的意義在于它正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法，以前必須由模擬電路和數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在可使用單片機通過編程序來實現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件，并能提高系統(tǒng)性能的微電腦控制技術是對傳統(tǒng)控制技術的一種革命。隨著單片機產(chǎn)品功能的更強大、更先進，應用單片機來實現(xiàn)的微電腦控制技術一定會不斷

15、發(fā)展和完善。2 原理21 流水燈電路原理圖與工作原理 流水燈的電路原理圖2.2發(fā)光二極管發(fā)光二極管是由III-IV族化合物半導體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)ǎ聪蚪刂?、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子一部分與多數(shù)載流子復合而發(fā)光。如圖1所示：假設發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，在與空穴復合發(fā)光。除了這種復合發(fā)光外，還有些電子被非發(fā)光中心捕獲，而后在與空穴復合。每次釋放的能量不大，不可能形成可見光。發(fā)光的復合

16、量相對于非發(fā)光的復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散去發(fā)光的，所以光線僅在靠近PN結(jié)面數(shù)um以產(chǎn)生。發(fā)光二極管的特性有極限參數(shù)的意義、電參數(shù)的意義。極限參數(shù)的意義有允許功耗、最大正向直流電流、最大反向電壓和工作環(huán)境。電參數(shù)的意義有光譜分布和峰值波長、發(fā)光強度、光譜半寬度、半直角和視角、正向工作電流、正向工作電壓和V-I特性。發(fā)光二極管的應用：由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強度與透明情況等不同，所以使用發(fā)光二極管時應根據(jù)實際需要進行恰當選擇。由于發(fā)光二極管具有最大正向電流、最大反向電壓的限制，使用時，應保證不超過此值。發(fā)光二極管被廣泛應用于各種電子儀器和電子設備中，可作

17、為電源指示燈、電平指示或微光源之用。紅外發(fā)光二極管被常用于電視機、錄象機等的遙控中。2.3晶體震蕩器石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路中，以與通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準信號。   石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為

18、石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、瓷或塑料封裝的。   國際電工委員會（IEC）將石英晶體振蕩器分為4類：普通晶體振蕩（TCXO），電壓控制式晶體振蕩器（VCXO），溫度補償式晶體振蕩（TCXO），恒溫控制式晶體振蕩（OCXO）。目前發(fā)展中的還有數(shù)字補償式晶體損振蕩（DCXO）等。3編程3.1 單片機應用系統(tǒng)的軟件設計軟件設計是應用系統(tǒng)研制中工作量最大最重要也是最困難的任務，它可以分為兩部分:一是用于管理單片機系統(tǒng)工作的監(jiān)控管理程序；二是用于執(zhí)行完成實際具體任務的功能程序。而功能程序通常應包括數(shù)據(jù)采集和處理程序、控制算法實現(xiàn)程序、人機聯(lián)系程序和數(shù)

19、據(jù)管理程序。監(jiān)控程序是控制單片機系統(tǒng)按預定操作方式運轉(zhuǎn)的程序，它的任務是：1. 在系統(tǒng)投入運行的最初時刻，應對系統(tǒng)進行自檢和初始化。當用戶操作鍵盤時，必須對鍵盤操作進行解釋，調(diào)用相應的功能模塊，完成預定的任務，并通過顯示等方式給出執(zhí)行的結(jié)果，即完成處理鍵盤命令的任務。2. 對于具有遙控通信接口的單片機系統(tǒng)，監(jiān)控程序還應包括通信解釋程序，即具有處理接口命令的功能。3. 單片機系統(tǒng)在運行時也能被某些預定的條件觸發(fā)而完成規(guī)定的操作，這類條件中有定時信號、外部觸發(fā)信號等，監(jiān)控程序也應考慮處理條件觸發(fā)并完成顯示的功能。軟件設計通常才用模塊化程序設計、自頂向下的程序設計方法。3.2編程#include&l

20、t;reg52.h>#include <intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char /延時void delay(uint k) uint i,j;for(i=k;i-;i>0)for(j=100;j-;j>0);void main()uchar temp0,temp1;uchar yi;uchar yi0,yi1; uint i,j,k,a,b;j=k=a=b=3;/全部亮P0=P1=P2=P3=0x00;delay(700);P0=P1=P2=P3=0xff;/每個io口獨自亮fo

21、r(i=2;i-;i>0)P1=P0=0x00;delay(500);P1=P0=0xff;P3=P2=0x00;delay(500);P3=P2=0xff;/全部亮，閃三次for(i=2;i-;i>0)P0=P1=P2=P3=0x00;delay(100);P0=P1=P2=P3=0xff;delay(100);/P1、P2亮，P3、P0暗for(i=3;i-;i>0)P1=0x00,P2=0x00; P3=0xff,P0=0xff;delay(500);P1=0xff,P2=0xff,P3=0x00,P0=0x00;delay(500);/四個點的流水while(j>

22、;0)temp0=0xfe,temp1=0x7f;P1=P3=temp0,P2=P0=temp1;delay(100);for(i=7;i-;i>0)temp0=_crol_(temp0,1),temp1=_cror_(temp1,1);P1=P3=temp0,P2=P0=temp1;delay(100); j-; /全部亮，閃三次for(i=3;i-;i>0)P0=P1=P2=P3=0x00;delay(300);P0=P1=P2=P3=0xff;delay(300); /四個IO口同樣跟蹤流水while(k>0)temp0=0xfe,temp1=0x7f;P1=P3=te

23、mp0,P2=P0=temp1;delay(60);for(i=7;i-;i>0)temp0=temp0<<1,temp1=temp1>>1;P1=P3=temp0,P2=P0=temp1;delay(60);k-; P0=P1=P3=P2=0xff; while(k<3) temp0=0x7f,temp1=0xfe; P1=P3=temp0,P2=P0=temp1; delay(60); for(i=7;i-;i>0) temp0=temp0>>1,temp1=temp1<<1;P1=P3=temp0,P2=P0=temp1;

24、delay(60); k+; P3=P2=0xff; /兩邊單個從上向下流水yi=0xfe;P1=P0=yi;delay(50);for(i=7;i-;i>0)yi=_crol_(yi,1);P1=P0=yi;delay(50);P1=P0=0xff;yi=0xfe;P3=P2=yi;delay(50);for(i=7;i-;i>0)yi=_crol_(yi,1);P3=P2=yi;delay(50);P3=P2=0Xff; /兩邊單個返回流水for(i=7;i-;i>0) yi=_cror_(yi,1);P3=P2=yi;delay(50);P3=P2=0xff;for(i

25、=7;i-;i>0)yi=_cror_(yi,1);P0=P1=yi;delay(50); /全部亮，閃三次P0=P1=P3=P2=0xff;for(i=3;i-;i>0)P0=P1=P2=P3=0x00;delay(100);P0=P1=P2=P3=0xff;delay(100); /流水燈yi0=0xfe,yi1=0x7f;P3=P2=yi1,P1=P0=yi0;delay(100);for(i=7;i-;i>0) yi0=yi0<<1, yi1=yi1>>1; P1=P0=yi0,P3=P2=yi1; delay(100);P1=P2=P3=P0

26、=0xff;delay(200);yi0=0x7f,yi1=0xfe;P1=P0=yi0,P3=P2=yi1;for(i=7;i-;i>0)yi0=yi0>>1,yi1=yi1<<1;P1=P0=yi0,P3=P2=yi1;delay(100); /大循環(huán)跟蹤流水P1=P2=P3=P0=0xff;for(i=8;i-;i>0) P1=P1<<1; delay(50);for(i=8;i-;i>0) P3=P3<<1; delay(50);for(i=8;i-;i>0) P2=P2>>1; delay(50);f

27、or(i=8;i-;i>0) P0=P0>>1; delay(50); /逆向大循環(huán)跟蹤流水P1=P2=P3=P0=0xff;for(i=8;i-;i>0) P0=P0<<1; delay(50);for(i=8;i-;i>0) P2=P2<<1; delay(50);for(i=8;i-;i>0) P3=P3>>1; delay(50);for(i=8;i-;i>0) P1=P1>>1; delay(50); /全部亮，閃三次P0=P1=P3=P2=0xff;for(i=4;i-;i>0)P0=P

28、1=P2=P3=0x00;delay(100);P0=P1=P2=P3=0xff;delay(100); /全部亮，只有一個暗的在流水temp0=0x01,temp1=0x00;P1=P0=temp0,P3=P2=temp1;delay(100);for(i=7;i-;i>0)temp0=_crol_(temp0,1);P1=P0=temp0;delay(100);P1=P0=0x00;temp1=0x01;P3=P2=temp1;delay(100);for(i=7;i-;i>0)temp1=_crol_(temp1,1);P3=P2=temp1;delay(100); /全部亮

29、，逆向一個暗在流水temp0=0x00,temp1=0x80;P1=P0=temp0,P3=P2=temp1;delay(100);for(i=7;i-;i>0)temp1=_cror_(temp1,1);P3=P2=temp1;delay(100);P3=P2=0x00;temp0=0x80;P1=P0=temp0;delay(100); for(i=7;i-;i>0)temp0=_cror_(temp0,1);P1=P0=temp0;delay(100); /花樣temp0=0xaa,temp1=0x55;P1=P3=temp0,P2=P0=temp1;delay(500);f

30、or(;a-;a>0)for(i=7;i-;i>0)temp0=_crol_(temp0,1),temp1=_cror_(temp1,1);P1=P3=temp0,P2=P0=temp1;delay(500); for(;b-;b>0)temp0=0xee,temp1=0x77;P1=P3=temp0,P2=P0=temp1;delay(300);for(i=7;i-;i>0)temp0=_crol_(temp0,1),temp1=_cror_(temp1,1);P1=P3=temp0,P2=P0=temp1;delay(300); /環(huán)形逐個亮P1=P2=P3=P0=0xff;for(i=8;i-;i>0) P0=P0<<1; delay(50)