8管闪烁灯控制系统设计.doc

1、8管闪烁灯控制系统前 言单片机的出现是计算机发展史上的重要里程碑，单片机具有集成度高、体积小、功能强、可靠性高、价格低廉等优点，广泛应用于工业测控、智能仪器仪表、通信系统和家用电器等领域中。单片机原理及应用是一门应用性很强的课程。要想学好这门课程，实验与课程设计环节起着非常重要的作用。单片机产品目前已呈现多样化局面，但学习单片机组成原理和应用技术必须针对一种典型机型，开展单片机应用技术实践活动也需要针对一种典型机型才能够深入。只有这样，才能将所学知识和技能灵活应用，也才能在最短时间内适应和掌握多种单片机的应用技术。 目 录前 言第一章 概 述2 第一节 单片机课程设计的目的与意义2 第二节 第

2、二节单片机概述及应用3第二章 设计原理分析4 第一节 设计要求与基本思路4第二节 设计框图5第三章 硬件电路设计6第一节 外扩ROM分析6第二节 时钟电路设计分析9第三节 复位电路的设计分析11第四节 报警电路图的设计分析13第五节 LED显示电路14 硬件设计总图15第四章 软件设计16第一节 设计主流程图16第二节 8管闪烁灯控制主程序17第三节 蜂鸣器子程序18第五章 元件明细表19总结与致谢20参考文献21第一章 概 述第一节 单片机课程设计的目的与意义单片机课程设计是对大学生整体动手能力和实践能力的培养要求，精心选择了单片机课程设计与工程应用实例，典型实例包括了单片机接口、A/D转换

3、、D/A转换、道路交通灯控制、温度测量、微机通信、LED点阵字符显示、电子万年历、抢答器等。使学生在学习完后，能真正从事单片机或嵌入式的开发工作的技能。 主要培养学生以下能力：1利用所学过的知识，初步分析单片计算机控制系统的能力；2综合运用本专业方向所学知识，构成以单片机为核心控制系统的能力；3单片计算机控制系统实时软件的设计、 编制与调试的能力；4单片计算机控制系统中模拟部件(包括电压及功率放大部件) 以及常规传感部件的使用、调试的能力；5单片计算机控制系统综合调整及性能测试的能力；6实验结果分析、总结及撰写技术报告的能力。7标准的能力和一定的文字表达能力。8通过设计使学生具有一定的计算能力

4、，制图能力以及查册，使用国家技术第二节 单片机概述及应用1.1 单片机概述单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。像美国F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元（Center Processing Unit,也即常称的CPU）和数据存储器（RAM）、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。随后Intel公司推出了影响面更大、应用更广的MCS-48系列单片机。MCS-48系列单片机的

5、推出标志着工业控制领域进入了智能化嵌入式计算机系统的探索阶段。单片机又称单片机微型控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。1.2 单片机的应用场合 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹.导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能I

6、C卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。第二章 设计原理分析第一节 设计要求与基本思路根据课程设计指导书要求：利用8031单片机的P1口直接驱动发光二极管，用P2口作为开关控制，具体工作过程分析见下。软件方面：闪烁灯的作用通过用软件编写实现第一次1、2闪烁5次，第二次3、4闪烁5次，第三次5、6闪烁5次，第四次7、8闪烁5次，循环不止；紧急情况下，控制P3.1进行报警5S停止。 分析如下：利用8031作为控制中心，8031的p2口作为LED灯的控制端口。P3.1作为紧急情况下的警报控制系统，利用p3口的其他引脚引出喇

7、叭的控制电路。对于8031片内无内部ROM，必须外扩程序存储器，对于本次应选择64KB外扩ROM。还必须拥有时钟电路、复位电路、紧急报警电路。第二节 设计框图设计框图如下图2.1 8031 单片机闪烁灯电路报警电路外扩64KB ROM 27512复位电路时钟电路 图2.1 电路设计的框图 第三章 硬件电路设计 第一节 外扩ROM分析在单片机应用系统中，特别是对片内ROM的8031，外扩程序存储器是必不可少的的工作。程序存储器的扩展容量可根据实际需要在64KB范围内选择。常用的程序存储器有紫外光可擦除EPROM、电擦除EEPROM和闪速存储器FLASH等。EPROM价格低廉，性能稳定可靠，但由于

8、其在擦除方法和封装结构上处存在不足，使用不太方便，而且擦除时间较长，因此电擦除EEPROM和闪速存储器FNASH近年得到了广泛的应用。本次选用的是EPROM存储器，由于LED灯编写程序需要较大的内存，选用64KB的27512型号的存储器。3.1 程序存储器的扩展方法单片机的总线与扩展程序存储器的链接1.地址总线的连接 单片机p0口经地址锁存器与扩展程序存储器地址线的低8位连接;p2口中的低位与扩展程序存储器剩下的高位地址一一相连2.数据总线的连接 将p0口直接与扩展程序存储器的8根数据线连接。3.控制总线的连接 1）PSEN:与扩展程序存储器的读允许信号OE相连。2）ALE:接地址锁存器锁存信

9、号，当地址锁存器为74LS373时，此引脚可与地址锁存器的控制端直接相连。当地址锁存器为74LS237、74LS377时，ALE经非门与地址锁存器的控制端相连。3）EA:当系统仅使用外部程序存储器或单片机为8031时直接接地。4)CE:程序存储器的片选信号CE在外扩一片程序存储器时，可以直接接地。当外扩多片程序存储器时，CE有线译码法和全译码法俩种方法。线译码法就是将单片机多余的地址线直接分别加到各片程序存储器芯片的CE端，此法简但，但占用地址资源多，且扩展程序存储器的地址不连续，有些地址不能用；全译码法是将p2口剩余的高位地址经译码器译码输出，输出线接各片程序存储器的CE端，这样，保证了扩展

10、程序存储器芯片选择的唯一性，此法可充分利用地址资源，不会出现地址重叠，可真正扩展到64KB的地址空间。由于目前程序存储器容量一般很大，所需外扩芯片少，在实际中多选线译码法。3.2 程序存储器的扩展图根据8031单片机扩展的连接方法可以如下图，p2口的p2.0-p2.6与27512的A8-A14相接。P0口的P0.0-P0.7经地址锁存器与A0-A7相接。ALE与锁存器的G相接。P0口的P0.0-P0.7还直接与27512的D0-D7相接。图中锁存器是74LS373. 图3.1 8031外扩ROM 第二节 时钟电路设计分析时钟电路用于产生单片机工作所必需的时钟控制信号。时钟频率直接影响单片机的速

11、度，电路的质量直接影响系统的稳定性。单片机在时钟信号的控制下，各部件之间协调一致工作，时钟信号时控制单片机的工作节奏。如图所示为单片机的时钟电路。在图a中引脚XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，可以和芯片内部的振荡器构成一个稳定的自激振荡器，这即单片机时钟电路的内部时钟方式。电容器c1和c2主要作用是帮助振荡器起振，且电容大小对振荡频率有微调作用。典型值有C1=C2=30pF。振荡频率主要有石英晶振的频率确定。目前51系列单片机的晶振频率范围为1.260MHz。其中典型值有6MHz、12MHz、11.0952MHz、20MHz、24MHz、33MHz、40MHz等。常用的时钟电

12、路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。本次选用得是内部时钟电路如下图3.2晶振内部时钟 图3.2 时钟电路图 由与单片机是由时钟信号控制的，对于时钟电路中的晶振频率的选择和电容的选择是非常重要的。该电路是一个自激震荡电路。其中C1、C2作用帮助振荡器起振，电容大小对振荡频率有微调作用。本次电容就利用了经典值C1=C2=30pF，所以晶振频率为60MHz。其中8031单片机基本定时单位共有四个。晶振周期：振荡电路产生的震荡脉冲的周期。状态周期：两个时钟周期构成一个状态周期。机器周期：单片机工作的基本定时单位，12个时钟周期（6个状态周期）构成一个机器周期。单片机指令的执行都是以机器 周期为时

13、间单位的，以机器周期数来衡量一条指令执行所需的时间。指令周期：指CPU执行某条指令所需要的时间（机器周期数）。单片机的指令分为三种情况：单机器周期、双机器周期、四机器周期.第三节 复位电路的设计分析复位是单片机的一个非常重要的工作状态，任何单片机系统都是由复位状态进入正常工作状态，有时系统发生故障（受到干扰引起的软件故障）也可以通过复位的方法恢复正常工作。复位就是单片机进入初始化的操作。为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因

14、此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。其次是按键手动复位。本次设计选用的是按键手动复位，按键手动复位又分按键电平复位和按键脉冲复位。本次选用的是按键电平复位如图3.3 图3.3 按键电平复位图上图是通过RESET经电阻与电源的连接或利用RC微分电路产生的正脉冲来实现按键复位的。电路同时也具备上电复位的功能。其中根据电路电压选择+5V,电容20pF.第四节 报警电路图的设计分析 根据要求情急之下，控制P3.1进行声报警5s停止。电路必须有报警电路。报警电路是在情急之下可以手动或自动报警，给工作人员以及其他的人员已

15、警示作用。要求迅速处理当前发生的事件。本次我们设计的紧急报警是利用中断响应来实现，这样不仅可以手动还可以自动。根据8031的特性可以有好多符合要求的报警电路。本次选用的是如下图3.4图3.4 报警电路原理图 其中输出，输入端是利用P3户口的其他引脚。由于8031内部的电压小，输出电流小，不能使喇叭响。所以利用三极管的放大作用，把电流放大达到喇叭的工作电流。第五节 LED显示电路多组LED显示。有共阴极接法和共阳极接法，本次主要选用的共阳极的接法，如下图： 发光二极管正向导通电压可达1点几伏到2点几伏，典型工作电流为10mA左右，由此，可知电阻应选用300欧。综上，系统硬件设计电路总图如下所示：

16、第四章 软件设计第一节 设计主流程图开 始P1.2、p1.3运作，5次P1.0、p1.1运作，5次程序调用程序初始化P1.4、p1.5运作，5次紧急情况下中断响应，程序停止运行P1.6、p1.7运作，5次第二节 8管闪烁灯控制主程序根据要求利用8031的p1口控制8个发光二极管。要求第一次1、2灯闪烁5次第二次3、4灯闪烁5次，第三次5、6灯闪烁5次，循环不止。情急之下，控制p3.1进行声报警5s停止。所以可编如下：ORG 0000H 起始指令MAIN: MOVX R2 ；MOVX A, #0FEH ； 高低电平转换SETB C 位变量LOOP: MOVX P1,A ； 输出到P1口 ，循环L

17、CALL DELAY 子程序调用RLC A ； 进位循环指令DJNZ R2 ,LOOP ； 减1非零转移（即为R2减1不为零循环）MOVX R2 ；LOOP1: MOVX P1;LCALL DELAY ； 调用延时RRC A ； 进位循环右移DJNZ R2, LOOP ； 反复循环LJMP MAIN ； 重新开始DELAY: MOVX R5,#20 ； 延时子程序D1: MOVX R6,#20 ；D2: MOVX R7,#248 ；DJNZ R7 $ 程序暂停DJNZ R6 ，D2DJNZ R5 D1RET 返回第三节 蜂鸣器子程序DEY1 EQU 40H 赋值DEY2 EQU 41HDEY3

18、 EQU 42HMOVX A,#FFH MOVX p3.1，A p3.1口变高电位LCALL DELAYDELAY：MOVX D， 延时子程序LOOP3：MOVX D，LOOP：MOVX D，DJNZD，$ D2,LOP2 1,LOP1RETENDORG 001BH4.3、程序调试程序设计完了就应该验证一下能否正常运行。但是，并不是写出来的程序都能正常运行，所以要进行调试、修正，以达到完整、无误、稳定。经过多次的调试与完善就能够写出一个完整、无误、稳定的程序。第五章 元件明细表 元件名称型 号数 量用 途单片机80311控制核心瓷介质电容30pF2晶振电路晶体振荡器12MHz1晶振电路发光二极

19、管LED8显示电路直流电源+5V1提供电流直流电源+12V1为报警电路提供电流RJ型电阻300欧8保护发光二极管三极管3DG12B1放大电流 总结与致谢课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼时间能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，单片机已经成为当今计算应用中空前活跃的领域。 这次的单片机课程设计在赵阳老师的指导和同学的合作下完成的。进行了查阅资料、方案设计等，此次设计为以后从事电子电路的设计打下了基础并提高了我们的实践动手能力。 我此次所做的是闪烁灯的设计。随着科技的日新月异，单片机技术越来越成熟，而它具有功能

20、强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠实用方便等特点。被越来越多的用在自动控制，智能化仪表，数据采集，军工产品以及家电等各领域，本次设计闪烁灯具用实用性强，操作简单等主要特点。此次设计就是通过单片机控制，通过程序来实现，主要分为两个部分，硬件部分和软件部分，硬件就是以前学的元器件，但要严格的按照课程设计的要求进行选择，对于软件而言比较困难，我们所学的一些编程知识由于实践较少，编起来比较困难，其次在赵老师的辅导下，我认真地看一部分内容，然后再结合部分资料编写程序，使一个简单的闪烁灯能够实现闪烁。经过这次的课程设计，使我学习能力和动手能力都得到了明显的提高，懂得如何把理论知识转化为实践知识。参考文献1.微机控制技术及应用 韩全立，赵德申 主编 北京机械工业出版社2.PIC 单片机实验教程 李荣正 陈学军 编著 ;刘其中 主审（TP368.1/151D）北京航空航天大学出版社3.单片机原理与应用 杨志洁主编北京：中国人民大学出版社4.单片机应用技术 李秀忠主编北京：人民邮电出版社5. 51单片机应用从零开始 杨欣，王玉凤，刘湘黔主编北京：清华大学出版6.单片机课程设计指导 楼然苗，李光飞主编.北京航空航天大学出版社本文是通过网络收集，如有侵权请告知，我会第一时间处理。- 22 -