基于单片机控制发光二极管专业课程设计.doc

单片机原理及应用题 目 基于单片机控制发光二极管 院 （系） 信息工程学院 专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师 目录1 综述21.1基于单片机控制发光二极管过去发展。21.2基于单片机控制发光二极管当前发展。21.3基于单片机控制发光二极管将来发展。21.4基于单片机控制发光二极管国内发展51.5基于单片机控制发光二极管国外发展62 搭建平台82.1概述82.2 Proteus92.3 Keil102.4 STC_ISP113 硬件技术简介123.1系统总体设计123.2最小系统电路图设计133.3按键电路设计133.4 LCD电路设计154 功能实现164.1整体仿真电路图164.2 流程图164.3 源程序175 测试成果及分析245.1硬件测试245.2软件测试245.3实验截图255.4焊接中问题25*道谢26*参照文献261 综述1.1基于单片机控制发光二极管过去发展。1971年intel公司研制出世界上第一种4位微解决器；Intel公司霍夫研制成功世界上第一块4位微解决芯片Intel4004，标志着第一代微解决器问世，微解决器和微机时代从此开始。由此单片机器件发展过程：1976年，Intel推出MCS-48系类单片机，1980年Intel公司推出了性能较完善MCS-51系列单片机，直到1982年Intel推出了微控制器化阶段MCS-96系类单片机。1.2基于单片机控制发光二极管当前发展。处在对低功耗普遍需求，当前各大厂商推出各类单片机产品都采用了CHMOS工艺，随着集成电路技术迅速发展，诸多单片机生产厂家充分考虑到顾客需求，将某些惯用功能部件，如A/D、D/A、PWM以及LCD驱动器等集成到芯片内部，尽量做到单片化。同步单片机种类越来越多，Intel、Motorola、Philip、EMC等公司设计和开发了各种功能不同产品。1.3基于单片机控制发光二极管将来发展。单片机作为一种完整数字解决系统具备了构成计算机几乎所有重要单元部件，在这个意义上称之为单片微机毫但是份，正所谓“麻雀虽小，五脏俱全”。通过学习和应用单片机入计算机硬件之门可收事半功倍之效。选取单片机作为接近PC机硬件首选机种，不必从一开始就为众多外围芯片及互相间配合弄得头晕脑胀，这对揭开计算机神秘面纱，无疑是一条捷径。从应用角度看，单片机本姓“单”，它自成一体，但是是一片大规模集成电路而已，大量对于其他微解决器必须外部器件和连线早已在单片机内部完毕，各种信息传递时序关系变得简朴，易于理解和接受。用单片机实现某个特定控制功能十分以便，“边学边用，学用结合”，很容易“立竿见影”。从设计思想看，单片机应用意味着“从以硬件电路设计为主老式设计办法向对单片机内部资源及外部引脚功能加以运用以软件设计为主办法转化”。从而使硬件成本大大减少，设计工作变得异常灵活。往往只需改动一下程序就可以使设备增长功能，提高性能，岂不妙哉。工业自动化控制是最早采用单片机控制领域之一，在测控系统、过程控制、机电一体化设备中重要运用单片机实现逻辑控制、数据采集、运算解决、数据通信等用途。单独使用单片机可以实现某些小规模控制功能，作为底层检测、控制单元与上位计算机结合可以构成大规模工业自动化控制系统。特别在机电一体化技术中，单排年级构造特点使其更容易发挥其集机械、微电子和计算机技术于一体优势。内部具有点片剂仪器系统称为智能仪器，也称为微机化仪器。此类仪器大多采用单片机进行信息解决、控制及通信，与非智能化仪器相比，功能得到了强化，增长了诸如数据存储、故障诊断、联网集控等功能。以单片机作为核心构成智能仪器表已经是自动化仪表发展一种趋势。单片机功能完善、体积小、价格廉、易于嵌入，非常适合于对家用电器控制。嵌入单片机家用电器实现了智能化，是老式型家用电器更新换代，现已广泛应用于洗衣机、空调、电视机、视盘机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种试听设备等。信息和通信产品自动化和智能化限度很高，其中许多功能完毕都离不开单片机参加。这里最具代表性和应用最广产品就是移动通信设备，例如手机内控制芯片就是属于专用型单片机。此外在计算机外部设备中，如键盘、打印机中也离不开单片机。新型单片机普遍具备通信接口，可以以便地和计算机进行数据通信，为计算机和网络设备之间提供连接服务创造了条件。当前办公自动化设备中大多数嵌入了单片机控制核心。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机及电话等。通过单片机控制不但可以完毕设备基本功能，还可以实现与计算机之间数据通信。在商业营销系统中单片机已广泛应用于电子秤、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等。单片机在医疗设施及医用设备中用途亦相称广泛，例如在医用呼吸机、各种分析仪、医疗监护仪、超声诊断设备及病床呼喊系统中都得到了实际应用。当代汽车集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运营监视器等装置中都离不开单片机。特别是采用现场总线汽车控制系统中，以单片机担当核心节点通过协调、高效数据传送不但完毕了复杂控制功能，并且简化了系统构造。汽车家庭化是国内将来十年一种热点。而单片机应用则是提高汽车质量一项重要支撑技术。当前，在高档乘用车中已普遍有二三十片单片机被用于空调、音响、仪表盘、自动窗、遥控门、自控先后盖、空气质量监测、反射镜角度调节、自动灭火、防盗报警等项控制。而更重要应用则是在控制发动机、传动器、制动器、安全气囊、车载全球定位系统（GPS）等方面。当前，国产汽车在此领域开发应用尚不能满足需求，这正是电子技术人员可以大展拳脚领域。1.4基于单片机控制发光二极管国内发展单片机技术进步反映在内部构造、功率消耗、外部电压级别以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地阐明了数字单片机水平。在当前，顾客对单片机需要越来越多，但是，规定也越来越高。在单片机应用中，可靠性是首要因素为了扩大单片机应用范畴和领域，提高单片机自身可靠性是一种有效办法。近年来，单片机生产厂家在单片机设计上采用了各种提高靠性新技术：EFT技术，低噪声布线技术及驱动技术，采用低频时钟。同步单片机在当前在国内发展形势下还体现出可靠性及应用越来越水平高和互联网连接，所集成部件越来越多，功耗越来越低和模仿电路结合越来越多等发展趋势。1.5基于单片机控制发光二极管国外发展当前可以说单片机是百花齐放时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,它们各具特色,互成互补,为单片机应用提供辽阔天地。纵观单片机发展过程,可以预示单片机发展趋势 。MCS-51系列8031推出时功耗达630mW,而当前单片机普遍都在100mW左右,随着对单片机功耗规定越来越低,当前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)。80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低,但由于其物理特性决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗特点,这些特性,更适合于在规定低功耗,电池供电应用场合。因此这种工艺将是此后一段时期单片机发展重要途径。当前常规单片机普遍都是将中央解决器(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、定期电路、时钟电路集成在一块单一芯片上,增强型单片机集成了如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芯片上,这样单片机包括单元电路就更多,功能就越强大。甚至单片机厂商还可以依照顾客规定量身定做,制造出具备自己特色单片机芯片。 此外,当前产品普遍规定体积小、重量轻,这就规定单片机除了功能强和功耗低外,还规定其体积要小。当前许多单片机都具备各种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成系统正朝微型化方向发展。当前虽然单片机品种繁多,各具特色,但仍以80C51为核心单片机占主流,兼容其构造和指令系统有PHILIPS公司产品,ATMEL公司产品和中华人民共和国台湾Winbond系列单片机。因此C8051为核心单片机占据了半壁江山。而Microchip公司PIC精简指令集(RISC)也有着强劲发展势头,中华人民共和国台湾HOLTEK公司近年单片机产量与日俱增,与其低价质优优势,占据一定市场分额。此外尚有MOTOROLA公司产品,日本几大公司专用单片机。在一定期期内,这种情形将得以延续,将不存在某个单片机一统天下垄断局面,走是依存互补,相辅相成、共同发展道路。以往单片机内ROM为1KB4KB,RAM 为64128B。但在需要复杂控制场合,该存储容量是不够,必要进行外接扩充。为了适应这种领域规定,须运用新工艺,使片内存储器大容量化。当前,单片机内ROM 最大可达64KB,RAM 最大为2KB。此外单片机进一步变化CPU性能,加快指令运算速度和提高系统控制可靠性。采用精简指令集(RISC)构造和流水线技术,可以大幅度提高运营速度。现指令速度最高者已达100MIPS(Million Instruction Per Seconds,即兆指令每秒),并加强了位解决、中断和定期控制功能。此类单片机运算速度比原则单片机高出10 倍以上。由于此类单片机有极高指令速度,可以使用软件模仿其I/O 功能,由此引入了虚拟外设新概念。在很长一段时间里,通用型单片机通过三总线构造扩展外围器件成为单片机应用主流构造。随着低价位OTP(One Time Programble)及各种特殊类型片内程序存储器发展,加之处围接口不断进入片内,推动了单片机“单片”应用构造发展。特别是I2C、SPI 等串行总线引入,可以使单片机引脚设计得更少,单片机系统构造更加简化及规范化。2 搭建平台2.1概述当前，一种学习与应用单片机高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。在电子领域特别是自动化智能控制领域，老式分立元件或数字逻辑电路构成控制系统，正此前所未见速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具备体积小、功能强、成本低、应用面广等长处，可以说，智能控制与自动控制核心就是单片机。随着时代进步和发展，单片机技术已经普及到咱们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟技术。 单片机是指一种集成在一块芯片上完整计算机系统。尽管她大某些功能集成在一块小芯片上，但是它具备一种完整计算机所需要大某些部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，当前大某些还会具备外存。同步集成诸如通讯接口、定期器，实时时钟等外围设备。而当前最强大单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器(Microcontroller)，由芯片内仅有CPU专用解决器发展而来。最早设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一种芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂而对体积规定严格控制设备当中。 单片机用于控制有助于实现系统控制最小化和单片化，简化某些专用接口电路，如编程计数器、锁相环（PLL）、模仿开关、A/D和D/A变换器、电压比较器等构成专用控制解决功能单板式微系统。单片机是所有微解决机中性价比最高一种，随着种类不断全面，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、家用电器等方面均有相称应用领域。 纵观单片机发展过程，可以预示单片机发展趋势，大体有：低功耗CMOS化、微型单片化、主流与多品种共存。2.2 ProteusProteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版EDA工具软件（该软件中华人民共和国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不但具备其他EDA工具软件仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是当前比较好仿真单片机及外围器件工具。虽然当前国内推广刚起步，但已受到单片机兴趣者、从事单片机教学教师、致力于单片机开发应用科技工作者青睐。Proteus是世界上知名EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品完整设计。是当前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一设计平台，其解决器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，又增长了Cortex和DSP系列解决器，并持续增长其她系列解决器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等各种编译器。2.3 KeilKeil C51是美国Keil Software公司出品51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、构造性、可读性、可维护性上有明显优势，因而易学易用。Keil提供了涉及C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一种功能强大仿真调试器等在内完整开发方案，通过一种集成开发环境（Vision）将这些某些组合在一起。运营Keil软件需要WIN98、NT、WIN、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你不二之选，虽然不使用C语言而仅用汇编语言编程，其以便易用集成环境、强大软件仿真调试工具也会令你事半功倍。2.4 STC_ISPSTC89C52是STC公司生产一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具备 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用典型MCS-51内核，但做了诸多改进使得芯片具备老式51单片机不具备功能。在单芯片上，拥有机灵8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效解决方案。 具备如下原则功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定期器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定期器/计数器，4个外部中断，一种7向量4级中断构造（兼容老式515向量2级中断构造），全双工串行口。此外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选取节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，容许RAM、定期器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一种中断或件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。3 硬件技术简介3.1系统总体设计在本次设计中，硬件某些由单片机系统、LED发光二极管构成。原理图如图1所示。单片机选用是AT89C51单片机，运用其中一种定期器设定灯光闪烁时间，时钟电路选用是11.0592M晶振。复位电路某些采用是上电复位和手动复位两种复位方式。由于考虑到单片机I/O端口带载能力，LED发光二极管采用共阳极接法，用1电阻分压。软件某些，由于采用是11.0592M晶振时钟电路，单片机定期器最大定期时间为65.536ms，不能达到规定闪烁频率。因此采用定期50ms，10个定期中断灯光进行一次亮灭跳变。并在每一次跳变时记录下灯闪烁次数，通过对闪烁次数判断，来进行对不同LED灯亮灭整体时序循环控制。系统框图如下：震荡电路复位电路开关电路LED显示电路单片机 80c513.2最小系统电路图设计对于一种完整电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块稳定可靠是系统平稳运营前提和基本。单片机虽然使用时间最早、应用范畴最广，但是在实际用过程中，一种和典型问题就是相比其她系列单片机，单片机更容易受到干扰而浮现程序跑飞现象，克服这种现象浮现一种重要手段就是为单片机系统配备一种稳定可靠电源供电模块。此最小系统中电源供电模块电源可以通过计算机USB口供应，也可使用外部稳定5V电源供电模块供应。电源电路中接入了电源批示LED。复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合电容电压不能突变性质,可以懂得,当系统一上电,RST脚将会浮现高电平,并且,这个高电平持续时间由电路RC值来决定.典型单片机当RST脚高电平持续两个机器周期以上就将复位,因此,恰当组合RC取值就可以保证可靠复位.普通教科书推荐C取10u,R取8.2K.固然也有其她取法,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期高电平。3.3按键电路设计按键电路设计需要使用按键复位电路，按键复位是单片机初始化操作，其重要红能是把程序计数器PC内容初始化为0000H，也就是使单片机从0000H单元开始执行程序，同步使CPU和系统中其她功能部件都处在一种拟定初始状态，并从这个状态开始工作。8051单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为手动按键复位。 单片机复位条件是：必要使RST/VPD 或RST引（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）高电平。2s以上时间高电平，在RST引脚浮现高电平后第二个机器周期执行复位。上电复位电路是通过外部复位电路电容充电来实现，在电源Vcc上升时间不超过1ms就可以实现自动上电复位，即接通电源就完毕了系统复位初始化。在接电瞬间，RESET端电位与VCC相似，随着充电电流减少，RESET电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平时间不不大于两个机器周期，便能正常复位。 手动按键复位规定在电源接通条件下，用按键开关操作使但单片机复位，如图2-1所示图2-13.4 LCD电路设计4 功能实现4.1整体仿真电路图4.2 流程图4.3 源程序#includesbit key0=P10;sbit key1=P11;sbit key2=P12;sbit key3=P13;void delay()unsigned char i,j;for(i=0;i220;i+)for(j=0;j220;j+);unsigned char keyscan()unsigned char keyscan_num,temp;P1=0xff;temp=P1;if(temp&0xff)if(key0=0)keyscan_num=0; else if(key1=0)keyscan_num=1;else if(key2=0)keyscan_num=2;else if(key3=0)keyscan_num=3;elsekeyscan_num=1;return keyscan_num;void main()unsigned char key_num;while(1)key_num=keyscan();switch(key_num)case 0:goto function0;case 1:goto function1;case 2:goto function2;case 3:goto function3;default:break;function0:P0=0xfe;delay();P0=0xfd;delay();P0=0xfb;delay();P0=0xf7;delay();P0=0xef;delay();P0=0xdf;delay();P0=0xbf;delay();P0=0x7f;delay();key_num=keyscan();switch(key_num)case 0 ：goto function0;case 1 ：goto function1;case 2 ：goto function2;case 3 ：goto function3;default:goto function0;break;function1:P0=0xff;key_num=keyscan();switch(key_num)case 0 ：goto function0;case 1 ：goto function1;case 2 ：goto function2;case 3 ：goto function3;default:goto 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测试成果及分析5.1硬件测试（1）在上电脑前先检查电路正负极有无接反状况（2）检查线路无错状况下，接通电源下载程序，发既有灯不亮，经检查是灯接线处松动。（3）检查改正后测试硬件正常5.2软件测试编写程序时是先一种模块一种模块写，单个写完后，在讲各个程序汇总，注意是按键扫描每个循环都需扫描一次，这样才不至于浮现延迟状况，能及时退出程序，进入下个程序，延时函数有很大作用，需进行大量调试。5.3实验截图5.4焊接中问题注意电解电容、发光二极管正负极性不能接反、三者均是长管脚接正极、短管脚接负极，如接反轻则烧毁元气件，重则发生轻微爆炸。*道谢本课程设计在选题及进行过程中得到教师悉心指引，课程设计过程中，教师多次赞助我设计思路，开辟视角，在我遇到艰难想放弃时候予以我最大支持与勉励。教师严谨求实治学态度，踏实坚韧工作精神，将使我终身受益。再多华丽言语也是苍白。在此，仅向教师致以诚挚谢意和崇高敬意。感谢这学期教师对于咱们学习上协助和生活上关怀，正是您们辛苦工作，才使咱们得以顺利完毕本次课程设计，浓浓师恩，毕生不忘。*参照文献1李琳.一种单片机流水灯电路设计M.武汉：武汉职业技术学院出版社,.2刘汉名.用C编程单片机流水灯程序M.北京：北京航空航天大学出版社,.3朱艳梅. 基于单片机流水灯设计与实现M.上海：上海经济管理学校,.