【正文】 the application of puter has been deep into the thousands. Single chip microputer is made on an integrated circuit chip puter, hereinafter referred to as single chip microputer. SCM has been widely used in the present society, small to People39。通過 I/O 口輸出的低電平點(diǎn)亮 LED 燈。以 AT 公司的芯片 AT89C51 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)流水燈的設(shè)計(jì)。單片機(jī)在現(xiàn)在社會(huì)有著廣泛的應(yīng)用，小到人們的日常電子用品，大到航天飛機(jī)、宇宙飛船，上面都有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。摘 要 I 摘 要 計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和提高，把我們帶入了嶄新的時(shí)代，現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)深入到千家萬戶。單片微型計(jì)算機(jī)是制作在一塊集成電路芯片上的計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)大、低功耗、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。本系統(tǒng)由單片機(jī)控制， I/O 口接 LED 的負(fù)極，而 LED 的正極則直接與 5V電源相連。因此可以通過控制 單片機(jī)的 I/O 口的電平高低以達(dá)到控制 LED，從而實(shí)現(xiàn)不同花樣的流水燈的目的。s Daily electronic products, big to aerospace aircraft, spacecraft, above has the wide application of singlechip microputer. SCM has small volume, powerful function, low power consumption, wide application, etc. AT the pany39。 單片機(jī)在我們的日常生活和工作中無處不在、無處不有：家用電器中的電子表、洗衣機(jī)、電飯褒、豆?jié){機(jī)、電子秤；住宅小區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)、電梯智能化控制系統(tǒng)；汽車電子設(shè)備中的 ABS、 GPS、 ESP、 TPMS；醫(yī)用設(shè)備中的呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，病床呼叫系統(tǒng)；公交汽車、地鐵站的 IC 卡讀卡機(jī)、滾動(dòng)顯示車次和時(shí)間的 LED 點(diǎn)陣顯示屏；電腦的外設(shè)，如鍵盤、鼠標(biāo)、光驅(qū)、打印機(jī)、復(fù)印件、傳真機(jī)、調(diào)制解調(diào)器；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通訊設(shè)備；智能化儀表中的萬用表，示波器，邏輯分析儀；工廠流水線的智能化管理系統(tǒng)，成套設(shè)備中關(guān)鍵工作點(diǎn)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)；導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上的各種儀表等等?？梢哉f單片機(jī)已經(jīng)滲透到了我們生活的各個(gè)領(lǐng)域。而在流水燈的控制系統(tǒng)中，單片機(jī)更是取代了傳統(tǒng)流水燈的分立元件設(shè)計(jì)，成為該系統(tǒng)的核心部件。因此，單片機(jī)控制的流水燈必將在流水燈領(lǐng)域掀起一場大革命。該系統(tǒng)由一塊單片機(jī)通過 C 語言編程來實(shí)現(xiàn)控制功能。本文將詳細(xì)介紹該對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 第 2 章對(duì) 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的各個(gè)設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行比較論證，得到了適合本文的設(shè)計(jì)方案。 第 4 章根據(jù)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了軟件設(shè)計(jì)框圖，并對(duì)各個(gè)模塊的主要算法進(jìn)行說明。 第 6 章對(duì)本文研究的內(nèi)容和工作進(jìn)行總結(jié)，查找不足并作出展望。初始狀態(tài)時(shí)，所有燈都不亮，每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖 CLK，計(jì)數(shù)器就加 25000000 時(shí)，就會(huì)點(diǎn)亮一個(gè)燈，并進(jìn)行移位， FPGA 輸出的數(shù)據(jù)就應(yīng)該先是 10000000，隔一秒就編程 110000000......一直變化到 11111111，這樣就依次點(diǎn)亮所有的燈，也就形成了流水燈。如果是右移位，就會(huì)出現(xiàn)右流水現(xiàn)象。 方案二：使用單片機(jī) ， 將 LED 的正極接電 源，負(fù)極接單片機(jī)的 I/O，然后當(dāng)單片機(jī)的 I/O 口輸出低電平時(shí)，即點(diǎn)亮 LED 燈，然后通過移位指令讓其他 LED依次點(diǎn)亮，即形成流水效果。 在數(shù)控方面，單片機(jī)會(huì)優(yōu)于 CPLD 或 FPGA 器件，因?yàn)榇颂幹皇怯糜诹魉疅艨刂?，不需要太高的速度以及精確度，且上述兩種期間控制起來也比單片機(jī)麻煩，因此沒有必要選用價(jià)格昂貴的 CPLD 和 FPGA 器件。其次，單片機(jī)的編程方式較為多樣，可選用普及度很高的 C 語言或匯編語言進(jìn)行編程，在這一點(diǎn)上也優(yōu)于 CPLD 和 FPGA 器件。 由于單片機(jī)的高電平的電位為大于 2V，低電平電位為小于 ，而供電的電源為 5V，且一般的 LED 的耐壓為 34V，因此，若直接將 I/O 口與 LED 相連，有可能會(huì)燒壞 LED，因此需要串聯(lián)分壓電阻。 考慮到 PCB 的布局布線，因此打算采用 P0 口和 P2 口來驅(qū)動(dòng) LED 燈。因此采取接阻值為 10kΩ 的排阻的方法來提供這個(gè)強(qiáng)上拉。缺點(diǎn)為當(dāng)按鍵較多時(shí)占用單片機(jī)的 I/O 口數(shù)目較多。 本系統(tǒng)只需要三個(gè)按鍵，分別為控制模式按鍵，流水燈變換速度加，流水燈變換速度減，因此本系統(tǒng)采用獨(dú)立式按鍵即可滿足系統(tǒng)要求，降低開發(fā) 難度和硬件成本。第 3 章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì)方案 5 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證，設(shè)計(jì)出如圖 31 所示的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，下面依次介紹各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。單片機(jī)的 40 腳接至VCC， 20 腳接至 GND，電路圖如圖 32 所示，圖中 J1 為 DC 火牛頭。下面簡要介紹該單片機(jī)的特點(diǎn)和使用方法。 由圖可見，該系列單片機(jī)主要由隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、程序 存儲(chǔ)器（ ROM）、中央處理器（ CPU）、輸入輸出口、串行口、內(nèi)置的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷控制、總線控制、以及時(shí)鐘電路通過總線連接而成。 STC89C52 中有 512 字節(jié)的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)，可通過片外擴(kuò)展來提升RAM 容量。 中斷系統(tǒng)：具有 5 個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán) 。 第 3 章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì)方案 7 特殊功能寄存器 (SFR)：共有 26 個(gè)特殊功能寄存器，用于 CPU對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理和監(jiān)視。 圖 33 MCS51 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 引腳結(jié)構(gòu) 目前， STC89C52 多采 用 DIP40 封裝，即雙列直插，共 40 個(gè)引腳的封裝方式。 其中 40 個(gè)引腳根據(jù)功能的不能可分為 3 類： (1)、電源及時(shí)鐘引腳 —— VCC、 GND； XTAL XTAL2。 (3)、 I/O 口引腳 —— P0、 P P P3，為 4 個(gè) 8 為 I/O 口的外部引腳。 (1)、時(shí)鐘周期 時(shí)鐘周期是單片機(jī)時(shí)鐘控制信號(hào)的基本時(shí)間單位。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計(jì) 8 (2)、機(jī)器周期 CPU完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作，如取指令、讀或?qū)憯?shù)據(jù)等。即 Tcy=12/fosc.若 fosc=12MHz， Tcy=1us。每個(gè)狀態(tài)又分為兩拍： P1 和 P2。 (3)、指令周期 指令周期是執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。對(duì)于簡單的單字節(jié)指令，取出指令立即執(zhí)行，只需要一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。 從指令的執(zhí)行時(shí)間看，單字節(jié)和雙字節(jié)指令一般為單機(jī)器周期和雙機(jī)器周期，三字節(jié) 指令是雙機(jī)器周期，只有乘除法指令占用 4 個(gè)機(jī)器周期。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或者操作錯(cuò)誤使得系統(tǒng)處于“死鎖”狀態(tài)時(shí)，按復(fù)位鍵使得 RST 腳為高電平，使 STC89C52 單片機(jī)拜托當(dāng)前狀態(tài)而重啟程序。 (2)、復(fù)位電路 復(fù)位電 路就是把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路。復(fù)位后的 CPU的主要特征是各 IO 口呈現(xiàn)高電平。單第 3 章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì)方案 9 片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：按鍵復(fù)位和上電復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位引腳接至電阻 R1 一端， 電阻 R1 另外一端接地。常用的途徑是在復(fù)位引腳端和正電壓之間安裝復(fù)位按鍵。假如保持按下 10ms 即可讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位，如圖 34 所示。從曲線上易得當(dāng)系統(tǒng)在一剎那完成上電，根據(jù)電容工作原理特 性，它兩端的 Uc1 不可能實(shí)現(xiàn)迅猛的變化，故電源電壓全部加到 R1 上，然后電容 C1 開始充電，時(shí)間常數(shù)T=R1*C1，此時(shí)電容電壓逐漸增加， R1 兩端電壓逐漸降低，如果 R1 兩端電壓從高電平到低電平持續(xù)時(shí)間達(dá)到 2 個(gè)機(jī)器周期，即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位。 時(shí)鐘 電路 設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必需的控制信號(hào)， STC89C52 單片機(jī)的內(nèi)部電路正 是在時(shí)鐘電路的控制下嚴(yán)格按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作的。 CPU發(fā)出的時(shí)序信號(hào)有兩類，一類用于對(duì)片內(nèi)各個(gè)功能部件的控制；另一類用于對(duì)片外存儲(chǔ)器或 I/O 口的控制。這兩個(gè)引腳跨界石英晶體和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。該電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。 STC89C52 通常采用 12MHz的石英晶體。但運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就越高，對(duì) PCB 電路板的工藝要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性好的電容。外部時(shí)鐘源直接接到 XTAL1 端， XTAL2 端懸空。 (4)、晶振電路 在單片機(jī) 最小 系統(tǒng)晶振 的作用是給單片機(jī)輸入時(shí)鐘信號(hào)，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào) 就是單片機(jī)的工作速度 。電路圖如圖 34 所示。 (2)、在誤差允許的區(qū)域內(nèi) ， C1 和 C2 值 都是越小，實(shí)現(xiàn)的功能就越精確 ， 如果 C1 和 C2 值 比正常數(shù)值大時(shí)，可能會(huì)使振蕩器更加穩(wěn)定，可是也會(huì)增加響應(yīng)的時(shí)間。 通過上述 具體方案的設(shè)計(jì)論證，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如圖 39 所示的最小系統(tǒng)。 程序下載電路中包含一個(gè) 4pin 排針，分別接至 Vcc、單片機(jī)的 10 腳（ RXD/）、單片機(jī)的 11 腳（ TXD/)、 GND。電路如圖 310 所示。 圖 310 下載接口電路 第 3 章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì)方案 13 按鍵電路 按鍵選擇彈片開關(guān)，電路由 3 個(gè)彈片開關(guān)組成。功能依次為模式切換、加快運(yùn)行速度、減慢運(yùn)行速度，電路如圖 311 所示。但由于直接相接可能會(huì)燒壞發(fā)光二極管，因此需要串聯(lián)電阻。 此外，由于 P0 口的驅(qū)動(dòng)能力較弱，無法直接驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)發(fā)光二極管，故選擇在 P0口的 I/O和發(fā)光二極管的負(fù)極之間接入 10kΩ的共陽排阻以提供一個(gè)強(qiáng)上拉。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計(jì) 14 圖 312 LED 電路 第 4 章 程序 設(shè)計(jì) 及軟件仿真 15 第 4 章 程序 設(shè)計(jì) 及軟件仿真 軟件設(shè)計(jì)框圖 如圖 41 所示為本系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)流程圖。 Keil uvision4是美國 keil software公司出品的 51系列兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編語言相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的又是，電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計(jì) 16 因而易學(xué)易用。運(yùn)行 keil 軟件需要 win9 NT、 win202 winXP 等操作系統(tǒng)。 軟件系統(tǒng)功能模塊 本系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化模塊程序設(shè)計(jì)，所謂“模塊”，實(shí)質(zhì)上就是具有一定功能、相對(duì)獨(dú)立的程序段。 模塊化 程序 設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是：單個(gè)模塊比一個(gè)完整的程序更容易編寫、查錯(cuò)和測試；模塊化程序可以實(shí)現(xiàn)共享，一個(gè)模塊化程序 可被多個(gè)任務(wù)在不同的條件下調(diào)用；把輸入 /輸出封裝起來，可以使程序減少 不必要的 修改；這樣的設(shè)計(jì)有利于程序代碼的優(yōu)化和共享，而且便于設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。 初始化模塊 根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)系統(tǒng)上電之后， LED 燈并不亮，只有進(jìn)入模式切換之后才有變換，因此需要對(duì)系統(tǒng)的控制參數(shù)，比如模式標(biāo)志位、速度變量進(jìn)行初始化，其代碼如下： void InitialCPU(void) {RunMode = 0x00。 SystemSpeedIndex = 10。 SetSpeed(SystemSpeedIndex)。 for(i=0。i++) for(j=0。j++)。 定時(shí)器控制模塊 由于單片機(jī)資源有限，通過利用中斷來檢測按鍵，提高單片機(jī)的時(shí)鐘利用率，其代碼如下： void InitialTimer2(void) {T2CON = 0x00。 //重裝值 ,初始值 TL2 = RCAP2L = 0x18。 //定時(shí)器 2 中斷允許 TR2 = 1。} 鍵盤掃描模式 鍵盤掃描主要是利用 IO 口讀取的參數(shù)與 0 相與，然后進(jìn)行比較，判斷是哪個(gè)鍵輸入了控制信號(hào)，比較之后返回相應(yīng)的值，返回值被另一個(gè)鍵盤反應(yīng)函數(shù)得到相應(yīng)的控制信號(hào)。 CheckValue = P1amp。 if(CheckValue==0x07)return 0x00。 KeyTemp = P1amp。 if(KeyTemp==CheckValue)return 0x00。0x01))Key|=0x10。0x0