可以調(diào)控的走馬燈

1、鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2011）單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書可以調(diào)控的走馬燈目錄1概述11.1可控走馬燈的意義112可控走馬燈的發(fā)展和現(xiàn)狀12課題方案設(shè)計(jì)22.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求22.2 設(shè)計(jì)方案論證23.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1 總體設(shè)計(jì)33.2 單片機(jī)運(yùn)行的最小系統(tǒng)43.3 按鍵電路53.4LED顯示模塊54.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)95軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果105.1軟硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施105.2 實(shí)物圖115.3 調(diào)試結(jié)果12結(jié)束語12參考文獻(xiàn)13附錄14附錄1 ： 可以調(diào)控的走馬燈原理圖14附錄2 ：可以調(diào)控的走馬燈PCB圖14附錄3：Ptoteuse 仿真圖15附錄4：C語言程序清單16附

2、錄5：可控走馬燈元件清單表19鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2011）1概述1.1可控走馬燈的意義 眾所周知，走馬燈以其絢麗的色彩贏得人們喜愛，在人們的日常生活中很常見，并在一些特定的節(jié)日里，重要場(chǎng)合中起著絢爛節(jié)日氣氛，帶給人們歡樂的作用?？梢哉{(diào)控的走馬燈打破常規(guī)走馬燈閃爍固定變化的現(xiàn)狀，可根據(jù)人們不同的意愿進(jìn)行編程設(shè)計(jì)出想要的變換的色彩效果。12可控走馬燈的發(fā)展和現(xiàn)狀當(dāng)前，可以調(diào)控的走馬燈廣泛應(yīng)用于各種商業(yè)場(chǎng)所，娛樂場(chǎng)所，以及建筑物的裝飾等多種場(chǎng)合?？梢哉f，可控走馬燈技術(shù)的應(yīng)用已滲透大到世界博覽會(huì)，奧林匹克開幕式，小到節(jié)日彩燈裝飾。深入研究可控走馬燈是產(chǎn)品提高檔次和推陳出新的有效途徑。縱觀單片機(jī)

3、的發(fā)展過程，可以預(yù)示走馬燈的發(fā)展趨勢(shì)，單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)如下：低功耗CMOS化MCS-51系列的80C51推出時(shí)的功耗達(dá)120mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。微型單片化常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、

4、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以MCS-51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺(tái)灣的WinBond系列單片機(jī)。以8031為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山，在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。2課題方案設(shè)計(jì) 2.1

5、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求 顯示效果使用16個(gè)LED；設(shè)置三個(gè)按鍵，K1-模式鍵，通過按鍵調(diào)整顯示結(jié)果，要求有8種模式；K2-加速鍵，提高走馬燈顯示效果的速度；K3-減速鍵，放慢走馬燈的顯示效果速度；8種模式通過一個(gè)共陽型數(shù)碼管顯示出來，比如，走馬燈的顯示效果為模式一時(shí)，數(shù)碼管顯示數(shù)字“1”。圖2-1 可控走馬燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.2 設(shè)計(jì)方案論證 根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，提出了如下方案：本電路直接采用單片機(jī)配合數(shù)碼管，按鈕LED小燈，直接實(shí)現(xiàn)功能，主要取決于軟件程序的設(shè)計(jì)。采用的40腳、片內(nèi)帶8kB Flash ROM的STC89C52單片機(jī)作為控制核心，采用兩組高亮黃色二極管作為指示燈，采用四組一組一位LE

6、D數(shù)碼管作為模式轉(zhuǎn)化顯示器，LED顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式，以節(jié)省端口數(shù)。按照這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，單片機(jī)端口不需要外部擴(kuò)展，資源剛好滿足要求。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 總體設(shè)計(jì)通過模式鍵改變單片機(jī)的工作模式，進(jìn)行程序控制，一共八個(gè)模式。LED燈工作在不同的模式下有不同的現(xiàn)象。加速減速按鈕來控制燈泡的閃亮快慢。復(fù)位電路用來初始化芯片的狀態(tài)。對(duì)基于單片機(jī)的走馬燈控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)為：以MCS-51系列單片機(jī)作為控制核心。單片機(jī)執(zhí)行指令是在時(shí)鐘脈沖控制下進(jìn)行的。因此單片機(jī)必須外接振蕩器構(gòu)成時(shí)鐘電路才能正常工作，另外，還應(yīng)在單片機(jī)的RES端外接電阻電容構(gòu)成復(fù)位電路，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)可以給一個(gè)復(fù)位信

7、號(hào)使其復(fù)位。單片機(jī)對(duì)接口電路的控制是由軟件向單片機(jī)的I/O口來實(shí)現(xiàn)的。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可以用其中的一個(gè)定時(shí)器來對(duì)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，而另一個(gè)可以對(duì)顯示器延時(shí)進(jìn)行定時(shí)并通過中斷把相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過I/O口送給顯示器顯示。同時(shí)通過對(duì)外部按鍵的狀態(tài)判斷來進(jìn)行時(shí)間的調(diào)整。 RST P1口 P0口 STC89C51 P2口X1X2P3口 LED小燈1號(hào)到8號(hào)復(fù)位LED小燈9號(hào)到16號(hào)三個(gè)控制按鈕晶振晶振數(shù)碼管顯示圖3-1 總電路的原理框圖3.2 單片機(jī)運(yùn)行的最小系統(tǒng)1電源；電源電路采用的是USB母口，提供+5V的電壓。其有四個(gè)引腳，1引腳接的是電源，4引腳接地。由于USB接口使用的是

8、開關(guān)電源，不是很穩(wěn)定的。接10UF的去耦電容起到緩沖的作用，可以得到穩(wěn)定的+5V電壓。把電流比做水流，水流很急，但去耦電容就像一條水溝，可以緩沖水流。電容的作用是蓄能的作用。圖 3-2-1電源電路2晶振；晶振為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。圖3-2-2 晶振電路3復(fù)位電路。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位

9、和上電復(fù)位。 圖3-2-3 復(fù)位電路3.3 按鍵電路按鍵用獨(dú)立式按鍵表示。圖3-3按鍵模塊3.4 LED顯示模塊LED顯示模塊采用16個(gè)發(fā)光二極管并聯(lián)在電源上，其中一邊8個(gè)二極管接在P1口上，另外8個(gè)二極管接在P0口，上拉電阻與之分別并聯(lián)。 圖3-4 LED顯示模塊3.5數(shù)碼管顯示模塊發(fā)光二極管顯示管簡(jiǎn)稱LED，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便、耗電少、與單片機(jī)接口容易等特點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)使用非常普遍，一位共陽數(shù)碼管結(jié)構(gòu)如下。圖3-5-1一位共陽數(shù)碼管LED數(shù)碼顯示器由七段條形的發(fā)光二極管組成“ ”字形顯示字段，用一只圓形的發(fā)光二極管做小數(shù)點(diǎn)。LED數(shù)碼顯示器中，通常將各段發(fā)光二極管的陰極

10、或陽極連在一起做公共端，這樣可以使驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。共陽極數(shù)碼管是指發(fā)光二極管的陽極都與正極接在一起，引腳接輸出端，故低電平有效，其原理圖如下；圖3-5-2共陽極數(shù)碼管原理圖共陽極的管腳示意圖如下；圖3-5-3 共陽極管腳示意圖要使LED數(shù)碼管顯示數(shù)字，只要點(diǎn)亮相應(yīng)字段的發(fā)光二極管即可。如要顯示“1”，點(diǎn)亮b、c段；要顯示“0”，點(diǎn)亮a、b、c、d、e、f段。從圖中不難看出，對(duì)于共陽極數(shù)碼管，點(diǎn)亮字段則用低電平“0”來表示，所以低電平有效。這樣我們就可以把要顯示的數(shù)字與一串二進(jìn)制代碼對(duì)應(yīng)起來，即對(duì)LED數(shù)碼顯示器實(shí)現(xiàn)編碼。由于這種編碼是與顯示器結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的，因此不考慮小數(shù)點(diǎn)的編碼只有七位，常稱為七

11、段顯示碼；如果對(duì)小數(shù)點(diǎn)也進(jìn)行編碼，則稱為八段顯示碼。常用字符的八段顯示碼如下圖所示；圖3-5-4常用字符的八段顯示碼分為共陰顯示碼和共陽顯示碼兩種。 圖3-5-5數(shù)碼管顯示模塊4.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)是采用89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)的可以調(diào)控的跑馬燈，通過keil進(jìn)行c語言編程，通過protues進(jìn)行軟件硬件仿真。本設(shè)計(jì)成果，主要通過按鍵開關(guān)對(duì)跑馬燈進(jìn)行控制，包括跑馬燈模式的選擇、跑馬燈模式的顯示、跑馬燈速度變化控制。定時(shí)器中斷延時(shí)程序設(shè)計(jì)：采用delay()函數(shù)進(jìn)行的延時(shí)是不精確的，主要有以下兩個(gè)原因。（1）該類型的delay()函數(shù)采用的延時(shí)是通過對(duì)變量進(jìn)行遞減或遞增實(shí)現(xiàn)的，很難計(jì)算精確的延

12、時(shí)時(shí)間。（2）由于跑馬燈的狀態(tài)函數(shù)和延時(shí)函數(shù)是和主任務(wù)耦合到一起的，因此主任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間要對(duì)延時(shí)的時(shí)間產(chǎn)生影響。假設(shè)一個(gè)跑馬燈的延時(shí)函數(shù)的延時(shí)時(shí)間是1s，但是由于主函數(shù)可能存在不同的分支，因此當(dāng)主函數(shù)執(zhí)行不同分支程序時(shí)，實(shí)際的跑馬燈延時(shí)時(shí)間是不一樣的。流程圖如下圖4-1所示。開始程序程序主體條件判斷程序分支跑馬燈延時(shí)圖4-1流程圖采用中斷來進(jìn)行跑馬燈的狀態(tài)更換有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。（1）采用中斷函數(shù)進(jìn)行延時(shí)，可以精確保證延時(shí)的精度，即有效地保證跑馬燈狀態(tài)更換的頻率；（2）采用中斷函數(shù)進(jìn)行跑馬燈狀態(tài)的更換，在進(jìn)行延時(shí)期間，并不占用單片機(jī)資源，單片機(jī)可以執(zhí)行其他的任務(wù)。5軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果 5.1軟硬

13、件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施 硬件調(diào)試 單片機(jī)基礎(chǔ)電路包括電源、單片機(jī)、外部時(shí)鐘震蕩電路、復(fù)位電路和外部接口電路。調(diào)試過程需要注意以下幾點(diǎn)： (1). 檢查電源是否完好。 (2). 單片機(jī)電源要連接正確，并且保證STC89C51的31號(hào)引腳接高電平。STC89C51的31號(hào)引腳是外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)端，當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)會(huì)一直從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)取指令。 (3). 如果使用P0口做I/O口，要接上拉電阻。 (4). 使用萬用表排查電路中是否存在斷路或者短路情況。筆者在制作外部接口電路時(shí)使用的是排針，焊接時(shí)容易出現(xiàn)管腳之間短路，所以在上電以前必須先排查電路。(5). 編輯一個(gè)簡(jiǎn)單程序，上

14、電運(yùn)行，檢查單片機(jī)是否正常工作，復(fù)位電路是否正確。軟件調(diào)試軟件調(diào)試相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是要掌握仿真軟件的用法，首先在仿真軟件（Proteus）上建立仿真模型（電路圖），然后用Keil C編程序和Proteus進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，分別對(duì)顯示、按鍵、時(shí)鐘等各個(gè)部分進(jìn)行調(diào)試，檢測(cè)電路原理圖的正確與否。5.2 實(shí)物圖 圖5-2-1 實(shí)物圖正面圖5-2-2 實(shí)物圖反面5.3 調(diào)試結(jié)果 可控走馬燈7種顯示模式如下，效果理想。圖5-3 調(diào)試結(jié)果圖結(jié)束語：通過學(xué)習(xí)單片機(jī)這門課程設(shè)計(jì)，不僅了解了STC89c52的功能、還加強(qiáng)了單片機(jī)的理論知識(shí)得了解，而且進(jìn)一步接觸并了解到了軟硬件的結(jié)合這個(gè)實(shí)踐問題。不僅如此，此次設(shè)計(jì)

15、也加強(qiáng)了我們動(dòng)手培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力及分析思考和解決問題的能力，更令我的創(chuàng)造性思維得到拓展。本次課程設(shè)計(jì)，我們有以下幾點(diǎn)切身體會(huì):1.要注意細(xì)節(jié)。細(xì)節(jié)決定成敗，這句話在這次課題中不僅一次得到了印證，特別是小系統(tǒng)制作過程中，一點(diǎn)點(diǎn)的錯(cuò)誤就會(huì)使你整個(gè)電路板不能運(yùn)行。因此我們不僅僅要有整體意識(shí)，也要注意細(xì)節(jié)，不要因一個(gè)關(guān)鍵地方的一個(gè)細(xì)節(jié)而導(dǎo)致滿盤皆輸。2.要與同學(xué)們互相溝通，交流 。第一次做單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，難免會(huì)遇到各種各樣的問題，因此我們遇到問題，就要積極地與同學(xué)交流，必要時(shí)向老師請(qǐng)教。 遇到的問題 1、剛著手此設(shè)計(jì)時(shí)，不知道如何下手，但經(jīng)過老師的指導(dǎo)及自己查閱相關(guān)的資料，逐漸有了自己的設(shè)計(jì)想法，制

16、定出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 2、軟件設(shè)計(jì)是耗時(shí)最長的一項(xiàng)，涉及到整個(gè)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。我們首先編寫總體框架，然后做簡(jiǎn)單的測(cè)試，保證能正常運(yùn)行，接下來編寫單個(gè)的子狀態(tài)程序，寫完一個(gè)測(cè)試一個(gè)，這樣保證了最后調(diào)試的成功率。在編寫程序過程中需要很好的編寫習(xí)慣，結(jié)構(gòu)要明顯，標(biāo)明注釋，隨時(shí)存檔，程序盡量簡(jiǎn)約。另外要兼顧到硬件結(jié)構(gòu)，盡量使得硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用資源更少。3、焊接時(shí)，由于對(duì)焊接的不熟練，經(jīng)常會(huì)使兩條電錫焊線不經(jīng)意間連接在一起，所以要多用萬用電表測(cè)試，一個(gè)模塊一個(gè)模塊的焊接，在進(jìn)行測(cè)試，這樣出錯(cuò)的概率會(huì)小很多，剛開始時(shí)就是從頭焊到尾，結(jié)果錯(cuò)了卻不知道從何檢查起。所以焊接時(shí)應(yīng)該一個(gè)子模塊一個(gè)子模塊的焊接

17、，并且布線要簡(jiǎn)單明了，盡量不要用飛線，這樣才能夠保證實(shí)物的成功率。否則到了后期，很難檢測(cè)出實(shí)物的問題。4、第一次做出實(shí)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)流水燈全亮，卻沒有閃爍，這與軟件仿真的結(jié)果大不同。于是，我找來了一塊C52試驗(yàn)開發(fā)板，用來調(diào)試器件。希望以此發(fā)現(xiàn)問題。在C52試驗(yàn)開發(fā)板上我發(fā)現(xiàn)必須加晶振才能夠正常工作，于是，在電路板上加上了晶振，最后，實(shí)現(xiàn)了電路板的正常工作。 5、實(shí)物做出來，驗(yàn)證成功后。過了幾天，我在裝上芯片發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)上出現(xiàn)了一個(gè)小問題，剛開始時(shí)，我以為是布線太密了，有焊錫不經(jīng)意間連在一起了，可是用萬用電表測(cè)試后，卻沒有發(fā)現(xiàn)焊錫連在一起的問題。我百思不得其解，最后我想到實(shí)物成功時(shí)，底座搖桿對(duì)芯片的影

18、響，認(rèn)為是底座出現(xiàn)來了問題。經(jīng)調(diào)試，確實(shí)是底座的問題，底座不是很緊，芯片的引腳不能很好的了解。參考文獻(xiàn)：【1】肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機(jī). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.8 【2】單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn) 100 例基于 8051+Proteus仿真【3】趙曉安. MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用. 天津：天津大學(xué)出版社，2001.3 【4】李廣第 單片機(jī)基礎(chǔ) 第1版北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999 【5】徐惠民、安德寧 單片微型計(jì)算機(jī)原理接口與應(yīng)用 第1版 北京：北京郵電大學(xué)出版社，1996 附錄：附錄1 ： 可以調(diào)控的走馬燈原理圖圖6-1可以調(diào)控的走馬燈原理圖附錄2 ：可以調(diào)控的

19、走馬燈PCB圖 圖6-2可以調(diào)控的走馬燈PCB圖附錄3：Ptoteuse 仿真圖圖6-3 Ptoteuse 仿真圖附錄4：C語言程序清單：#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar ModeNo;uint Speed;uchar tCount=0;uchar Idx;uchar mb_Count=0;bit Dirtect=1;uchar code DSY_CODE=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;uint c

20、ode sTable=0,1,3,5,7,9,15,30,50,100,200,230,280,300,350;void Delay(uint x) uchar i;while (x-) for(i=0;i<120;i+);uchar GetKey() uchar K;if(P2=0xFF) return 0;Delay(10);switch(P2) case 0xFE: K=1; break; case 0xFD: K=2; break; case 0xFB: K=3; break;default: K=0;while (P2!=0xFF);return K;void Led_Demo

21、(uint Led16) P1=(uchar)(Led16 & 0x00FF); P0=(uchar)(Led16 >>8);void T0_TNT() interrupt 1 if (+tCount < Speed) return;tCount=0;switch (ModeNo) case 0: Led_Demo(0x0001 << mb_Count);break; case 1: Led_Demo(0x8000 >> mb_Count);break; case 2: if(Dirtect) Led_Demo(0x000F <<

22、mb_Count); else Led_Demo(0xF000 >> mb_Count); if(mb_Count=15) Dirtect =!Dirtect; break; case 3: if(Dirtect) Led_Demo(0x000F << mb_Count); else Led_Demo(0xF000 >> mb_Count); if(mb_Count=15) Dirtect =!Dirtect; break; case 4: if(Dirtect) Led_Demo(0x003F << mb_Count); else Led_De

23、mo(0xFC00 >> mb_Count); if(mb_Count=15) Dirtect =!Dirtect; break; case 5: if(Dirtect) Led_Demo(0x0001 << mb_Count); else Led_Demo(0x8000 >> mb_Count); if(mb_Count=15) Dirtect =!Dirtect; break; case 6: if(Dirtect) Led_Demo(0x0001 << mb_Count); else Led_Demo(0x8000 >> mb_Count