【正文】 單片機(jī)原理與應(yīng)用 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 作品名稱： 基于 AT89S52 的 16LED 搖搖棒 專業(yè)班級(jí)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 徐達(dá)健 指導(dǎo)老師： 2020 年 6 月 1 目 錄 一、作品說(shuō)明 …………………………………………………… 2 二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ……………………………………………… 4 三、硬件設(shè)計(jì) …………………………………………………… 6 四、軟件設(shè)計(jì) …………………………………………………… 7 五、系統(tǒng)調(diào)試與分析 …………………………………………… 8 六、課程作品制作體會(huì) ………………………………………… 11 2 基于 AT89S52 的 16LED 搖搖棒設(shè)計(jì) 一、作品說(shuō)明 搖搖棒是如今流行的一種玩具，在各種聚會(huì)、節(jié)日中均見(jiàn)得到它的身影。本設(shè) 計(jì)也追隨著搖搖棒的原理，利用人眼的視覺(jué)暫留特性，通過(guò) AT89S52單片機(jī)對(duì) 16只高亮度 LED 發(fā)光二極管進(jìn)行控制， 配合手的左右搖晃就可呈現(xiàn)一幅完整的畫(huà)面。 該搖搖棒具有如下功能： 1) 顯示 “歡迎使用神奇魔幻搖搖棒！”； 2) 顯示 “ o(∩_∩)o”微笑圖案； 3) 顯示 心形圖案； 4) 顯示 “ LOVE”； 5) 可以通過(guò)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，輪流顯示并循環(huán)。 具體實(shí)物圖如下： 3 二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 總體方案比較與論證 所謂的“搖搖棒”，其實(shí)就是一個(gè)循環(huán)的 LED 顯示， 利用人的視覺(jué)滯留產(chǎn)生靜態(tài)顯示的現(xiàn)象。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就要求延時(shí)部分做的比較小，所以采用石英晶體振蕩器。而目前能夠?qū)崿F(xiàn)這種功能的器件有很多種，不同的類型的器件也能夠很好的完成。 本作品本著方便、價(jià)格低廉的原則，采用單片機(jī)控制，由水銀開(kāi)關(guān)的閉合對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷，從而對(duì)中斷進(jìn)行采集。到達(dá)一定數(shù)量便進(jìn)行圖象的轉(zhuǎn)換。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊，開(kāi)關(guān)及電源模塊和輸出顯示模塊三個(gè)部分構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如下： 主要部件原理 （ 1）單片機(jī)控制模塊 用單片機(jī)想要控制 LED 顯示只需要定時(shí)輸出就可 以，但每個(gè)人搖動(dòng)的速度不一樣，如何準(zhǔn)確的并穩(wěn)定的變換圖案呢？這就需要用到外部中斷。將 水銀 開(kāi)關(guān)的兩個(gè)引腳一端接 VCC，一端接 GND，這樣的話，當(dāng)搖棒向一邊運(yùn)動(dòng)時(shí) LED 按照程序編輯好的規(guī)律顯示，而向另一邊運(yùn)動(dòng)時(shí) LED 全滅，此時(shí)一個(gè)周期就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下跳沿的信號(hào)，信號(hào)傳遞給單片機(jī)的 nINT0 產(chǎn)生中斷，對(duì)中斷的數(shù)量計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到 10 時(shí)便轉(zhuǎn)換顯示的圖案，當(dāng)依次顯示完后便回到初始狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)。 由于人的視覺(jué)滯留時(shí)間長(zhǎng)達(dá) ，所以在每顯示完一列 LED 后加入一段合適的延時(shí)，如 5ms，每個(gè)字之間加入延時(shí)如 15ms，這樣，我們 就能看到靜態(tài)的穩(wěn)定的字，并且每個(gè)字之間是有空隙的。為了讓字能夠在空間的中部顯示，在啟動(dòng)中斷顯示后延時(shí)一段合適的時(shí)間，使棒在半圓軌跡的大約 1/4 處開(kāi)始顯示，這樣看到的字方向上才比較正。 輸出顯示 LED 單片機(jī) 水銀開(kāi)關(guān) 5 （ 2） 水銀開(kāi)關(guān) 水銀開(kāi)關(guān)，又稱傾側(cè)開(kāi)關(guān)，是電路開(kāi)關(guān)的一種，以一接著電極的小巧容器儲(chǔ)存著一小滴水銀，容器中多數(shù)注入惰性氣體或真空。 仔細(xì)觀察水銀開(kāi)關(guān)，實(shí)際上他是一個(gè)封閉的玻璃管，里面有兩個(gè)分開(kāi)著的導(dǎo)線和一段水銀球，當(dāng)玻璃管的平衡位置變化時(shí)，水銀球會(huì)來(lái)回移動(dòng)，當(dāng)水銀球移動(dòng)到兩根導(dǎo)線時(shí)，因水銀是金屬 導(dǎo)體，故 電路變?yōu)橥罚藭r(shí)接收器處于工作狀態(tài)；反之，水銀球遠(yuǎn)離兩根導(dǎo)線時(shí)為斷路，此時(shí)接收器處于非工作狀態(tài)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)包括單片機(jī)控制模塊，開(kāi)關(guān)及電源模塊和輸出顯示模塊三個(gè)部分。 單片機(jī)控制模塊由 Keil C 進(jìn)行編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，主要有三部分，主程序、中斷服務(wù)部分還有字符點(diǎn)陣。 開(kāi)關(guān)及電源模塊采用 5V 變壓器并配合水銀開(kāi)關(guān)使用。輸出顯示模塊采用 16 個(gè) LED 燈，在版上一字排開(kāi)。 6 三、硬件設(shè)計(jì) 硬件連接上用水銀開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電平轉(zhuǎn)換引發(fā)中斷，傳遞給單片機(jī)，再由單片機(jī)調(diào)用點(diǎn)陣文件輸出到 LED 上。 搖搖棒設(shè)計(jì)電路圖 AT89S52 單片機(jī)作為控制器，在它的 P0、 P2 口接有 16 只以共陽(yáng)的方式連接的高亮度 LED，由單片機(jī)輸出低電平點(diǎn)亮。 P0 口處接上拉電阻 RA1。串在 LED 公共端的二極管 D1 會(huì)產(chǎn)生一定的壓降，用來(lái)保護(hù) LED。 K1 是畫(huà)面切換開(kāi)關(guān)，用于切換顯示不同內(nèi)容； S1 為水銀開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)電源 VCC 為 5V，實(shí)際使用時(shí)用 3 節(jié)干電池串聯(lián) 即可。 16 只 LED 發(fā)光管作為畫(huà)面每一列的顯示，左右搖晃起到了掃描的作用，人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象使得看到的是一幅完整的畫(huà)面。 水銀開(kāi)關(guān)的作用：棒在搖動(dòng)時(shí)，只能在朝某一方向搖動(dòng)時(shí) 顯示，否則會(huì)出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫(huà)面，所以通過(guò)接一只水銀開(kāi)關(guān)來(lái)控制，使搖搖棒從左向右搖動(dòng)時(shí)將內(nèi)容顯示出來(lái)。 7 四、 軟件設(shè)計(jì) 軟件部分包括主函數(shù)程序、中斷服務(wù)程序、延時(shí)子程序以及四個(gè)顯示子程序。軟件設(shè)計(jì)流程如下： 8 五、 系統(tǒng)調(diào)試與分析 主要測(cè)試單片機(jī)的工作情況，能否正常用 LED 顯示出各圖案，并且記錄各圖案持續(xù)的時(shí)間和穩(wěn)定顯示度以及一個(gè)循環(huán)周期所用的 9 時(shí)間。并且檢查 LED 的發(fā)光亮度，使之可以明顯的分辯出來(lái)。 圖 案 穩(wěn)定程序 歡迎使用神奇魔幻搖搖棒 較穩(wěn)定 心形 較穩(wěn)定 笑臉 較穩(wěn)定 LOVE 較穩(wěn)定 經(jīng)過(guò)測(cè)試，當(dāng)擺動(dòng)的幅度和速度適當(dāng)時(shí)，各個(gè)畫(huà)面均可以明顯的顯示出來(lái)。整體來(lái)說(shuō)，本方案設(shè)計(jì)比較成功。 拍攝照片： 10 11 12 六、課程作品制作體會(huì) 通過(guò)一學(xué)期的《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程的學(xué)習(xí)，對(duì)單片機(jī)有了一定的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。作為機(jī)械電子方向的學(xué)生，要想深入發(fā)展，尤其是對(duì)自動(dòng)化感興趣的我，單片機(jī)是必須要學(xué)好的一門(mén)課程。從小喜歡敲敲打打，對(duì)制作單片機(jī)很感興趣，滿心希望能做出一個(gè)讓自己滿意的作品。 但是想起來(lái)容易做起來(lái)難，由于種種原因，我在學(xué)習(xí) 、制作過(guò)程中遇到了很多的困難。首先，單片機(jī)的先修課程《微機(jī)原理》這門(mén)課，我們雖然上學(xué)期學(xué)過(guò)，但是當(dāng)時(shí)掌握效果很差，所以在單片機(jī)課程開(kāi)始階段，涉及到相關(guān)知識(shí)時(shí)感到很吃力，花了很多的時(shí)間去“補(bǔ)課”。其次，焊接的基本功不扎實(shí)，上學(xué)期雖然做過(guò)焊接收音機(jī)的實(shí)習(xí)，但是那次是在設(shè)計(jì)電路已給出、精密度較低的情況下糊里糊涂的完成的，跟這次課程設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)差距甚大 ,所以也花了不少的代價(jià)去彌補(bǔ)基本功的不扎實(shí)。最后還有一個(gè)問(wèn)題是，原機(jī)械專業(yè)及物理方面共八門(mén)考試，讓自己的復(fù)習(xí)、制作過(guò)程相當(dāng)緊張，而機(jī)電院還安排了在長(zhǎng)沙各工廠的認(rèn)識(shí) 實(shí)習(xí)，時(shí)間相當(dāng)緊迫。我能做的就是，抓緊時(shí)間，少走彎路，提高效率。 請(qǐng)教了有經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)以后，我開(kāi)始在網(wǎng)上搜各種相關(guān)程序和資料，根據(jù)自己的想法進(jìn)行修改和整理。由于以前學(xué)過(guò) C 語(yǔ)言，有一定的基礎(chǔ)，所以就不顧老師強(qiáng)烈推薦的匯編語(yǔ)言，毅然選擇用 C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)了。相關(guān)知識(shí)理解得差不多了以后便開(kāi)始設(shè)計(jì)電路。由于畫(huà) 13 圖的軟件應(yīng)用不很熟悉，又沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，剛開(kāi)始的圖又丑又亂，焊起來(lái)很是麻煩，改了又改，加上基本功的不扎實(shí)，因此燒壞了第一塊板子……沮喪之后，我請(qǐng)教了上屆教物的一個(gè)師兄，在他的指導(dǎo)下我修改并完善了線路圖，重新買(mǎi)了板子從頭做起。 這次為了避免犯大的錯(cuò)誤，我遇到?jīng)]有把握的地方認(rèn)真分析，實(shí)在不會(huì)的就及時(shí)請(qǐng)教，一點(diǎn)一點(diǎn)踏實(shí)做起。 然而，好事多磨，就在我仔細(xì)焊接完成之后，測(cè)試的時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)顯示的字和畫(huà)面都是反的！我又認(rèn)真檢查、分析了一下，發(fā)現(xiàn)自己把 S52 的兩個(gè)端口搞反了，水銀開(kāi)頭的方向也接反了。問(wèn)題找到了，我又耐著性子，把線拆了重新焊起。一鼓作氣，終于再次把電路板焊好。這次，終于成功了！ 通過(guò)此次課程作品制作，我對(duì)書(shū)本上很多以前不理解的內(nèi)容有了新的實(shí)際的認(rèn)識(shí)，也把很多抽象的知識(shí)具體化了，收獲頗多?？磥?lái)，很多時(shí)候我們只是讀書(shū)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，紙上得 來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行，尤其是對(duì)于我們這些理工科的學(xué)生。以后的學(xué)習(xí)過(guò)程中，希望能有更多的實(shí)踐的機(jī)會(huì)。 14 附： 一、硬件電路圖 i 二、源程序 nclude define uchar unsigned char define uint unsigned int //宏定義 define KEY P3_0 //定義畫(huà)面切換按鍵 uchar KY。 //KY 作用在后面說(shuō)明 uchar disp。 //顯示漢字指針 uchar pic=0,num=0。 //pic 為按鍵次數(shù)； num 為中斷次數(shù) uchar code love[] = { 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x3F,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20, 0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF8,0x0F, 0x04,0x10,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x04,0x10,0xF8,0x0F,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x07,0x00,0x08,0x00,0x10,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x10, 0x00,0x08,0xFE,0x07,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x3F,0x82,0x20,0x82,0x20, 0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 15 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*LOVE*/ }。 uchar code loveyou[] = { 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 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