单片机LED灯设计项目新版说明书.doc

《单片机原理及应用》
课程设计说明书

设计题目：基于单片机LED灯控制器设计
学 院：xxx
专 业：车辆工程
设 计 者：xxx
学 号：xxxxxxx
指导老师：xxx
设计时间：11月9日～11月28日

《单片机系统课程设计》任务书
一、 目标意义
《单片机原理及应用》是高校工程专业一门专业基础课，该门课程含有很强实践性。经过课程学习，使学习掌握基础概念、基础理论和基础技能，为以后从事对应生产设计和科研工作打下一定基础。所以，除课程理论教学和试验教学外，课程设计也是一个必需和关键实践教学步骤。经过单片机系统课程设计，深入培养学生理论联络实际能力，学会正确地分析工程实际问题，善于查阅参考文件，正确地选择对应数据、参数，含有全方面地处理实际问题素质，同时课程设计也为以后毕业设计打下基础。
二、 设计时间、地点、班级
时间：第12、13周（二周）
地点： 三教433、426
班级： 13车辆3班 30人
三、 设计内容
（9）基于单片机LED灯控制器设计
1、功效描述
以单片机为关键，设计一个LED灯控制器:（P1口可选，也可用其它I/O口，16灯）
P1.2——开始，按此键则灯开始流动（由上而下）；
P1.3——停止，按此键则停止流动，全部灯为暗；
P1.4——闪烁，按此键则全部灯闪烁；
P1.5——下，按此键则灯由下向上流动。
本题目本质上是由按键控制功效流水灯，LED工作方法经过键盘扫描实现。其中LED可采取共阳极接法，经过依次向连接LED I/O口送出低电平，可实现题目要求功效。

目 录

《单片机系统课程设计》任务书…………………………………………………………1
摘要…………………………………………………………………………………………………3
1总体设计方案……………………………………………………………………………………3
1.1 设计原理及相关说明………………………………………………………………………3
1.2 总体设计框图………………………………………………………………………………3
2 各芯片设计及对其调用………………………………………………………………………3
2.1 AT90C51单片机主控模块………………………………………………………………3
2.2 LED灯模块…………………………………………………………………………………5
2.3 键盘接口…………………………………………………………………………………6
3 系统软件程序………………………………………………………………………………6
3.1 LED灯控制器程序……………………………………………………………………………64 调试……………………………………………………………………………………………9
4.1 调试步骤…………………………………………………………………………………9
4.2 性能分析…………………………………………………………………………………9
4.2.1 按下P1.2开始，灯开始流动（从上到下）………………………………………9
4.2.2 按下P1.3开始，灯全灭………………………………………10
4.2.1 按下P1.4开始，灯全亮，开始闪烁………………………………………11
4.2.1 按下P1.4开始，灯开始流动（从下到上）………………………………………12
结论………………………………………………………………………………………………13
附录1……………………………………………………………………………………………14
附录2……………………………………………………………………………………………15
附录3……………………………………………………………………………………………18
附录4……………………………………………………………………………………………19
附录5……………………………………………………………………………………………22

基于单片机LED灯控制器设计
作者：邢浩男 指导老师：吴敏
（安徽农业大学工学院 车辆工程 ）

摘要：该设计是基于AT89C51单片机系统，采取共阳极接法，经过一依次向连接LEDI/O口输出低电平，能实现流水灯开始或停止功效，含有调压，稳压，检测故障等特点。

关键词：单片机 LED灯 控制器
1.总体设计方案
1.1设计原理及相关说明
1.2总体设计框图
LED灯控制器设计框图图1所表示：
电源电路

一、

单片机

多路LED灯
复位电路

晶振电路
控制按键

图1 LED灯控制器设计框图

2.各芯片设计及其调用
2.1 AT90C51单片机主控模块
单片机（SCM）是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称。它是把中央处理器CPU、随机存放器RAM、只读存放器ROM、I/O接口电路、定时/计数器和输入输出适配器全部集成在一块芯片上，组成一个完整微型计算机。伴随SCM在技术上、体系上不停扩展其控制功效，国际上已经采取MCU（MicroControllerUnit）替换单片机名词。它最大优点是体积小，可放在仪表内部。但存放量小，输入输出适配器简单，功效较低。现在，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛应用，早已深深地融入大家生活中。多年来，AT89C51在中国很流行，它最大特点是内部有能够数次反复编程闪烁ROM,而且闪烁ROM能够直接用编程器来擦写（电擦写），使用起来比较方便。
一个单片机应用系统硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部功效单元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定时/记数器﹑中止系统等能量不能满足应用系统要求时，必需在片外进行扩展，选择合适芯片，设计对应电路。二是系统配置，既要根据系统功效要求配置外围设备，如键盘显示器﹑打印机﹑A/D﹑D/A转换器等，又要设计适宜接口电路。具体连接图图1.

图1 主控模块

2.2 LED灯模块
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器输入和输出。该反向放大器能够配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采取。如采取外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要经过一个二分频触发器，所以对外部时钟信号脉宽无任何要求，但必需确保脉冲高低电平要求宽度。具体LED灯接图图2。
2.2.1 AT89C51最小系统
AT89C51最小系统中XTAL1、XTAL2端接上晶振及两个谐振电容，在RESET端接上对应电阻、电容，如需要按键复位，加上按键即可组成一个最小系统，按要求通电后，系统就能够工作了。

图2 LED灯模块

2.3 键盘接口
键盘接口电路图3，此次设计中，按键有4个，每个按键各占用一根I/O线，各按键相互独立，相互工作状态互不影响，STC单片机自带上拉电阻所以无需外接上拉电阻，用查询法完成按键功效。

图3 键盘接口电路

3.系统软件设计
3.1 LED灯控制器程序
在单片机控制系统中，大致上可分为数据处理、过程控制两个基础类型。数据处理包含：数据采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序关键是使单片机按一定方法进行计算，然后再输出，方便控制生产。
为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。把一个程序分成含有多个明确任务程序模块，分别编制、调试后再把它们连接在一起形成一个完整程序，这么程序设计方法称为模块化程序设计。所谓“模块”，实质上就是能完成一定功效，并相对独立程序段，这种程序设计方法称为模块程序设计法。
模块程序设计法关键优点是：
(1)单个模块比起一个完整程序易编写、调试及修改。
(2)程序易读性好。
(3)程序修改可局部化。
(4)模块能够共存，一个模块能够被多个任务在不一样条件下调用。
(5)模块程序许可设计者分割任务和利用已经有程序，为设计者提供方便。
本系统软件采取模块化结构，由主程序，正向流动、反向流动和延时等子程序组成具体见图4.
N

N

N

N

Y

开 始
长跳转到Start

P1.0=0?

Y
Y

Y

P1.0=0?

P1.0=0?

P1.0=0?

灯开始流动（至上而下）
停止

灯由下而上流动

灯由上而下流动

图4 LED灯程序步骤图

4 调试
4.1 调试步骤
调试分为硬件调试和软件调试。硬件调试关键是检验硬件电路是否有短路、断路和虚焊等，首先接上电源，电源指示灯亮了以后，检测一下单片机电源脚有没有电源输入，假如有这说明焊接无误，然后能够用万用表检验各个元器件管脚之间焊接，检验过程中需要细心和耐心。硬件调试无误后，进行软件调试。软件调试能够针对子程序调试，测试其是否正常工作，比如流水灯，LED灯闪烁等，最终把全部程序作为一个整体来测试。
4.2 性能分析
将程序烧入单片机后，在proteus软件中进行仿真。在这次LED灯控制器设计中，LED灯能够根据按键控制进行从上到下，停止，闪烁，从下到上，在程序。
4.2.1按下P1.2开始灯开始流动（从上到下）

4.2.2按下P1.3灯全灭

4.2.2按下P1.4灯全亮，开始闪烁

4.2.2按下P1.5灯开始流动（从下到上）

结 论
在做这次课程设计整个过程中，我明白了很多东西。可能我们理论知识学还不错，但真正动起手来，却常常力不从心，这就是我们常犯眼高手低毛病，但还是需要良好理论知识做基础。从刚开始搜集资料，我就有点慌了，总认为自己准备不够好，无法顺利完成任务，但在老师和同学帮助下，慢慢步入轨道。即使毕业设计将要靠近尾声，我也尽力想要去做好毕业之前最终一次实践课，但因为一些原因，有些元器件没能经过软件正常工作，这次设计电子万年历没能达成我们预想效果，只能显示部分功效。这也证实了我以后要学习东西还有很多，要继续努力，不停地汲取新知识并利用到实际中，在实践中锻炼自己，全方位提升自己。

附录1 系统电路原理图

附录2 系统程序清单
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit Key1=P1^2; //按键1~4
sbit Key2=P1^3;
sbit Key3=P1^4;
sbit Key4=P1^5;
uchar flag; //标号
uchar num[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; //开第1~8个灯
/*
**************************
* 延时 z 毫秒ms
**************************
*/
void Delay_ms(uint z)
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
/*
**************************
* 亮第 n 个灯
***
*/
void LED(uchar n)
{
uchar x,y;
n--; //n减1
x=n/8; //第多个锁存器
y=n%8; //第那个灯
switch(x) // 打开第一个锁存器 关锁存器
{ //开锁存器 关全部灯 关锁存器 亮第num【y】个灯
case 0: P2=0xff; P0=0xff; P2=0x00; P2=0x01; P0=num[y]; P2=0x00; break; //第0-个锁存器
case 1: P2=0xff; P0=0xff P2=0x00; P2=0x02; P0=num[y]; P2=0x00;P0=0xff; break; //第1个锁存器

}
}
/*
**************************
* 按键检测
**************************
*/
void Key_Detection(void)
{
if(Key3==0 |Key4==0 |Key1==0 | Key2==0) //按键1按下或 按键2或按键3或按键4
{
Delay_ms(5); //消抖
if(Key1==0) //按键1按下
{
while(!Key1); //松手检测
flag=1; //标号至1
}
if(Key2==0) //按键2按下
{
while(!Key2); //松手检测
flag=2; //标号至2
}
if(Key3==0) //按键3按下
{
while(!Key3); //松手检测
flag=3; //标号至3
}
if(Key4==0) //按键按下
{
while(!Key4); //松手检测
flag=4; //标号至4
}
}

}
/*
**************************
* 主函数
**************************
*/
void main(void)
{
uchar i;
while(1)
{
Key_Detection(); //按键检测
if(flag==1) //第一个键按下 正循环亮
{
LED(i); //亮第i个灯
i++; //i加1
if(i==17) i=0; //假如 i等于17 清零
Delay_ms(200); //延时200毫秒
}
if(flag==2) //第二个键按下 停止
{
P2=0xff; //开锁存器
P0=0xff; //把灯全灭
P2=0x00; //关锁存器
}
if(flag==3) //第三个键按下 闪烁
{
P2=0xff; //开锁存器
P0=0x00; //全部灯全亮
P2=0x00; //关锁存器
Delay_ms(100);//延时100毫秒
P2=0xff; //开锁存器
P0=0xff; //全部灯全灭
P2=0x00; //关锁存器
Delay_ms(100);//延时100毫秒
}
if(flag==4) //第四个键按下 反循环亮
{
LED(i); //亮第i个灯
i--; //i减1
if(i==0) i=17; //假如i=0把i=17
Delay_ms(200); //延时200 毫秒
}
}
}

附录3 仿真效果图

附录4 实物演示效果图

附录5 元件清单
器件名称
型号
个数
单片机
AS89C51
1个
按键

5个
电阻
5.1K
1个
电阻
1K
1个
电解电容
10uf
1个
晶振
12MHZ
1个
发光二级管

16个
IP座
40管脚
1个
万能板

1个
+5V电源

1个
导线

若干