可以调控的走马灯设计

单片机技术课程设计说明书 可以调控的走马灯设计

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学生姓名 班 学 级 号

指导教师 完成日期 2011 年 6 月 20 日

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目

录

1 概述 .................................................................................................................................. 2 1.1 单片机的发展和现状 .............................................................................................. 2 2 课题方案设计 .................................................................................................................. 3 2.1 系统总体设计要求 .................................................................................................. 3 2.2 系统模块结构 .......................................................................................................... 3 3 系统硬件设计 .................................................................................................................. 3 3.1 总体设计 .................................................................................................................. 3 3.2 单片机最小系统 ...................................................................................................... 4 3.3 按键电路 .................................................................................................................. 5 3.4 数码管显示电路 ...................................................................................................... 5 3.5 发光二极管显示电路 .............................................................................................. 6 4 系统软件设计 .................................................................................................................. 6 5 软硬件联调及调试结果 .................................................................................................. 7 5.1 软硬件调试中出现的问题及解决措施 .................................................................. 7 5.2 实物图 ...................................................................................................................... 8 5.3 调试结果 .................................................................................................................. 9 5.4 各模式灯亮 .............................................................................................................. 9 结束语 ............................................................................................................................... 10 参考文献 ........................................................................................................................... 11 附录 ................................................................................................................................... 12 附录 1：基于单片机可以调控的走马灯原理图 ....................................

................... 12 附录 2；基于单片机可以调控的走马灯 PCB 图...................................................... 13 附录 3：基于单片机可以调控的走马灯仿真 ........................................................... 14 附录 4：程序代码 ....................................................................................................... 15 附录 5：元件清单 ....................................................................................................... 20

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1 概述

1.1 单片机的发展和现状 单片机是所有微处理机中性价比最高的一种，随着种类的不断全面，功能不断完 善，其应用领域也迅速扩大。单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、 家用电器等方面都有相当的应用领域。 当前， 位单片机主要用于工业控制， 8 如温度、 压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合；高效能的 16 位单片机（如 MCS-96、 MK-68200）可用在更复杂的计算机网络。可以说，微机测控技术的应用已渗透到国民 经济的各个部门，微机测控技术的应用是产品提高档次和推陈出新的有效途径。 纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有： 1．低功耗 CMOS 化 MCS-51 系列的 80C51 推出时的功耗达 120mW，而现在的单片机普遍都在 100mW 左 右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了 CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。CMOS 虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其 工作速度不够高，而 CHMOS 则具备了高速和低功耗的特点，更适合于在要求低功耗像 电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 2．微型单片化 常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序 存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单 一的芯片上，增强型的单片机集成了如 A/D 转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门 狗)、有些单片机将 LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的 单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做， 制造出具有自己特色的单片机芯片。 3．主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以 MCS-51 为核心的单片机占主流， 兼容其结构和指令系统的有 PHILIPS 公司的产品，ATMEL 公司的产品和中国台湾的 WinBond 系列单片机。以 8031 为核心的单片机占据了半壁江山，在一定的时期内， 这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补， 相辅相成、共同发展的道路

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2 课题方案设计

2.1 系统总体设计要求 1、根据选题查找相关资料； 2、确定方案后，画出电路原理图； 3、根据设计要求，编写好软件程序(利用 Keil 软件开发) 4、根据电路原理图，在 Proteus 软件里画好仿真原理图，并将 Keil 软件开发的 可执行文件加载到 Proteus 软件的仿真芯片中（即单片机芯片中） ； 5、在仿真没有问题的前提下，依据方案，确定选用器件； 6、焊接、烧录、调试； 7、完成课程设计说明书 2.2 系统模块结构 多功能走马灯设计使用 AT98C51 芯片，显示效果使用 16 个 LED，设置三个按键， K1-模式键，通过按键调整显示结果，要求有 8 种模式；K2-加速键，提高走马灯显示 效果的速度；K3-减速键，放慢走马灯的显示效果速度；且 8 种模式通过一个共阴型 数码管显示出来，P0 和 P1 引脚控制着 16 个 LED 的显示，P2.0、P2.1 和 P2.2 引脚是 相应的键控模式，而 P3 引脚则控制着数码管的显示，通过键控来实现单片机的相关 中断，通过计数器/定时器 T1 设计相关中断来执行 K1-模式键要求的功能，利用延时 程序和中断程序来执行所要求的相应功能。

3 系统硬件设计

3.1 总体设计 1、显示效果使用 16 个 LED； 2、设置三个按键，K1-模式键，通过按键调整显示结果，要求有 8 种模式 K2 加速 键，提高走马灯显示效果的速度；K3-减速键，放慢走马灯的显示效果速度； 3、8 种模式通过一个共阳型数码管显示出来，比如，走马灯的显示效果为模 式一时，数码管显示数字“1”。 4、系统总体设计图如下：

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P0 P1 管 管

单 片

系统

机

P2 按钮控制

管 P3

图 3.1 系统总设计图

3.2 单片机最小系统 （1）时钟电路 单片机执行指令是在脉冲控制下进行的，因此时钟信号是单片机的基本工作条 件。 时钟可以由内部和外部两种方式产生， 本设计采用内部方式。 如图所示， XTAL1 在 和 XTAL2 引脚上外接定时元件。定时元件通常采用振荡器和电容组成的并联谐振电 路。X1 为振荡器，C1、C2 为电容。振荡的主要频率决定于晶振，电容对振荡频率起 微调作用。其中，晶振选择 11.0596MHz。晶振接在 18 到 19 两管脚之间。 （2）复位电路 一个时钟周期为振荡周期的 2 倍，12 个时钟周期构成一个机器周期。在 RES 引 脚上输入一个超过两个机器周期的高电平信号，单片机就可以复位。时钟频率为 12MHz，则有效的复位信号至少应保持 2us 以上。下图为单片机的复位电路。RST 复 位是 9 脚，在 9 脚和 31(EA)脚之间接一个复位按钮。

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图 3.2 最小系统图 3.3 按键电路 系统

按键电路如下图所示：

图 3.3 按键电路图 图中 K1 接 P2.0，K1 是模式按钮共有 8 种模式；K2 接 P2.1，是用来进行加速的； K3 接 P2.2，是用来减速的。 3.4 数码管显示电路 数码显示器件是一种八个 LED 发光二极管组合显示字符的显示器件，其中七个用 于显示字符，一个用于显示小数点，故通常称为七段 LED 数码显示器。 本电路中共阳极接法，把七段发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时 阳极接+5V 电源， 每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端连接， 阴极输入低电平时， 发光二极管，输入高电平则不亮，连接方法如图；

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图 3.4 数码管显示电路图 数码管通过排阻 RN1 接到 P3 口。 3.5 发光二极管显示电路 16 个发光二极管显示电路如下图所示：

图 3.5 发光二极管显示电路图 图中 D1,D2,D3,D4 到 D8 分别接的是 P1.0，P1.1,到 P1.7；D9,D10 到 D16 分别接 的是 P0.0 到 P0.7。

4 系统软件设计

软件程序设计主要由开始、初始化、主程序、以及延时程序等组成。其程序流程 如下图 4.1 所示： 图中 K1 键用来选择模式的，初始时运行模式 0，按一次运行模式 1，以此类推按 7 次则云行模式 7，当再一次按下时又运行模式 0。K2 键用来加速按的次数越多则速 度越快。 用来减速同 K2 按的越多则越慢。 K3 速度的选择可见附录 4 程序中的调速表，

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程序通过不同的顺序来改变速度。 图中数码管的数字显示是根据 K1 的模式选择的，初始时数码管显示 0，程序运行 模式 0，同理当运行模式 7 时，则数码管显示 7。

开始

初始化 运行模式 0

K1 按键

K2 按键

K3 按键

数码管显示

模式的选择

加速

减速

图 4.1 程序流程图

5 软硬件联调及调试结果

5.1 软硬件调试中出现的问题及解决措施 在画 PCB 图时发现 P3 口的排阻 RN1 只能连接一边，数码管连接不上，后来发现排 阻只有输入没有输出所以不行。原有的电路图如下图 5.1 所示；修改过的电路图如图 5.2 所示；

图 5.1

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图 5.2 5.2 实物图 （1）正面图

（2）反面图

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5.3 调试结果

图中为模式 2 显示。 5.4 各模式灯亮 1、模式 0：灯由左向右一个一个顺序熄灭（第一个熄灭后第二个熄灭时第一个又 亮） 。 2、模式 1：灯由右向左一个一个顺序熄灭(同上)。 3、模式 2：四个灯由右向左又由左向右顺序熄灭。 4、模式 3：四个灯由右向左又由左向右循环点亮。 5、模式 4：六个灯由右向左又由左向右循环熄灭。 6、模式 5：一个灯由右向左又由左向右顺序熄灭。 7、模式 6：一个灯由

右向左又由左向右顺序点亮。 8、模式 7：一个灯由右向左又由左向右依次点亮。

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结束语

我是工学专业的学生，设计是我们将来必需的技能，这次课程设计恰恰给我们提 供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计以及程序的 编写，对电路的仿真再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。 我深刻 的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设 计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加 需要静下心，查找原因。 总体来说，这次实习我受益匪浅。在摸索该如何设计电路 使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。 在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。 在这里，我也非常感谢各位老师的耐心辅导以及同学们的热心帮助。我忠心的感 谢各位老师，你们辛苦了！ 希望在今后的学习过程中，老师能够多加引领我们走向更尖端的科技和更复杂高 深的领域，加强专业技术的培训和更多的开展科研创新研究。通过实践引导我们在理 论指导下有所创新，为日后工程实践奠定基础。

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参考文献

[1] 吴微，文军等.单片机原理及制作[M].武汉：武汉大学出版社，2003 [2] 王宏民.LED 显示屏的驱动方案[M].哈尔滨：黑龙江电子技术出版社，1999 [3] 李华.MCS—51 系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社， 1993 [4] 陈元灯、陈宇.LED 制造技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2009 [5] 余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术[M].陕西:西安电子科技大学出版社， 2000 [6] 沈国琴. 51 单片机 C 语言开发与实例[M].北京：人民邮电出版社，2008 [7] 徐泳龙.单片机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2004 [8] 周航慈.单片机应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1991 [9] 陈汝全.实用微机与单片机控制技术[M].成都：电子科技大学出版社，1995 [10] 宋贤法. Altium Designer6. x 入门与实用[M].北京：机械工业出版社，2009 [11] 刘修文.实用电子电路设计制作 300 例[M].北京:中国电力出版社,2004 [12] 诸昌矜.LED 显示屏系统原理及工程技术[M].西安:电子科技大学出版社,2000 [13] 游华.大屏幕图文动画显示屏系统[M].电子技术应用，1994

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附录

附录 1：基于单片机可以调控的走马灯原理图

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附录 2；基于单片机可以调控的走马灯 PCB 图

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附录 3：基于单片机可以调控的走马灯仿真

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附录 4：程序代码

#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int

uchar ModeNo; uint Speed;

//模式编号

uchar tCount = 0; uchar Idx; //速度取值索引 uchar mb_Count = 0; //移动位数 bit Dirtect = 1; //断码表 //滚动方向

Uchar code DSY_CODE[]= = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; //调速表 uint code sTable[] = {0,1,3,5,7,9,15,30,50,100,200,230,280,300,350};

//延时 void Delay(uint x) { uchar i; while(x--) for(i=0;i

//检测按键 uchar GetKey() { uchar K; if(P2 == 0xFF) Delay(10); switch(P2) {

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return 0;

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case 0xFE:K = 1;break; case 0xFD:K = 2;break; case 0xFB:K = 3;break; default: K=0; } while (P2 != 0xFF);//等待释放按键 return K; } // //16 只 LED 显示 // void Led_Demo(uint Led16) { P1 = (uchar)(Led16 & 0x00FF);//显示低 8 位 P0 = (uchar)(Led16 >> 8); } // //定时器 2 // void T0_INT() interrupt 1 { if( ++tCount > mb_Count);break; case 2: if(Dirtect) Led_Demo(0x000F > mb_Count); if(mb_Count == 15) Dirtect= !Dirtect; break; case 3: if(Dirtect) Led_Demo(~(0x000F>mb_Count)); if(mb_Count == 15) Dirtect= !Dirtect; break; case 4: if(Dirtect) Led_Demo(0x003F>mb_Count); if(mb_Count == 15) Dirtect= !Dirtect;

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break; case 5: if(Dirtect) Led_Demo(0x0001 > mb_Count); if(mb_Count == 15) Dirtect= !Dirtect; break; case 6: if(Dirtect) Led_Demo(~(0x0001>mb_Count)); if(mb_Count == 15) Dirtect= !Dirtect; break; case 7: if(Dirtect) else Led_Demo(0xFFFE > mb_Count);

if(mb_Count == 15) Dirtect = !Dirtect; break; } mb_Count = (mb_Count + 1) % 16; }

// //键盘按键处理 // void KeyProcess(uchar Key) { switch (Key) { case 1://重设模式 Dirtect = 1;mb_Count = 0; ModeNo = (ModeNo + 1) % 8; P3 = DSY_CODE[ModeNo]; break; case 2://加速 if(Idx > 1) Speed = sTable[--Idx]; break; case 3://减速 if(Idx

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}

//主程序 // void main() { uchar Key; P0 = P1 = P2 = P3 = 0xFF; ModeNo = 0; Idx = 4; Speed = sTable[Idx]; P3 = DSY_CODE[ModeNo]; IE = 0X82; TMOD = 0X00; TR0 = 1; while(1) { Key = GetKey(); if(Key != 0) KeyProcess(Key); } } void KeyProcess(uchar Key) { switch (Key) { case 1://重设模式 Dirtect = 1;mb_Count = 0; ModeNo = (ModeNo + 1) % 8; P3 = DSY_CODE[ModeNo]; break; case 2://加速 if(Idx > 1) Speed = sTable[--Idx]; break; case 3://减速 if(Idx

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}

//主程序 // void main() { uchar Key; P0 = P1 = P2 = P3 = 0xFF; ModeNo = 0; Idx = 4; Speed = sTable[Idx]; P3 = DSY_CODE[ModeNo]; IE = 0X82; TMOD = 0X00; TR0 = 1; while(1) { Key = GetKey(); if(Key != 0) KeyProcess(Key); } }

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附录 5：元件清单

名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 单片机 磁片电容 晶振 电解电容 发光二极管 电阻 按键 数码显示管 单片机插座 排阻 电阻

型号 STC89C52 30PF 11.0592MHZ 10UF/16V 红 220 欧 K 共阳极 40P A221J 1K

数量 1 3 2 2 16 24 3 1 1 1 2

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