1、 毕 业 设 计（论文） 题 目 ： 多变流水灯控制电路的设计 学 院： 电气与电子信息工程学院 专业名称： 学 号： 0530220111 学生姓名： 指导教师： 2008 年 5 月 20 日 摘 要 本设计是一 LED 流水灯的设计。 整机以美国 ATMEL 公司生产的 40 脚单片机 AT89C51 为核心，介绍了以它为控制系统的 LED 灯的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个行 LED 灯按一定顺序亮，文中详细介绍了 LED 显示的设计思路。 单片机控制系统程序采用单片机汇编语言进行编辑， 通过编程控制各显示点对应 LED 阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。 当
2、然流水灯一般只是在用芯片做控制时起修饰作用，若只用单片机做流水灯，就不能很好体现单片机的强大功能。这里的流水灯只是单片机应用中的最基础的一方面。 LED 显示以其组构方式灵活、 显示稳定、功耗低、寿命长、 技术成熟、成本低廉等特点在 车站、 证券 所 、运动场馆 、交通干道 及各种室内 /外显示场合 的信息发布，公益宣传，环境参数实时，重大活动倒计时等等 得到广泛的应用。 经实践证明，该系统显示误差小，性能稳定，结构合理，扩展能力强。 关键词： 汇编语言； AT89C51 单片机；动态显示； LED ABSTRACT This design is LED flows the lantern f
3、loated down river the design. Complete machine 40 foot monolithic integrated circuit AT89C51 which produces by American ATMEL Corporation is a core, introduced take it as the control system LED lamp dynamic design and the performance history. Controls a line of LED lamp through this chip to be brigh
4、t according to certain order, in the article in detail introduced the LED demonstrationdesignmentality. The monolithic integrated circuit control system procedure uses the monolithic integrated circuit assembly language to carry on the edition, controls each demonstration point correspondence LED an
5、ode and the cloudy extreme level through the programming, may effective control each demonstration extinguish brightly. Certainly flows the lantern floated down river only is generally when uses the chip makes the control the beautification function, if only uses the monolithic integrated circuit to
6、 do flows the lantern floated down river, cannot very good manifest the monolithic integrated circuit the formidable function.On the one hand here class lantern floated down river only is in the monolithic integrated circuit application most foundation. LED demonstrated by its fabric way nimble, the
7、 demonstration stable, the power loss low, the life long, the technology mature, the cost inexpensive and so on the characteristics in the station, the negotiable securities, the movement facility, in the transportation yang or male principle and each kind of room/outside the demonstration situation
8、 information issued, public welfare propaganda, environment parameter real-time, moves the countdown and so on to obtain the widespread application significantly. After the practice proof, this system demonstration error is small, the performance is stable, the structure is reasonable, expansion abi
9、lity. Key word： Assembly language ； AT89C51 monolithic integrated circuit； Dynamic demonstration； LED 目 录 1 绪论 1 2 整体设计描述 . 3 2 1 需要体现功能与特点 3 2 2 设计方案论证 3 3 电路的硬件设计 5 3 1 电源设计 5 3 2 单片机系统及外围电路 6 3 2 1 选用单片机 .6 3 2 2 AT89C51 芯片介绍 6 3 2 3 单片机系统外围电路 9 4 程序设计 . 11 4 1 用 位控法的程序设计 12 4 2 用 循环位移法的程序设计 14 4
10、 3 用 查表法的程序设计 15 5 调整测试工作状态 19 5 1 程序分析 19 5 1 1 程序一 19 5 1 2 程序二 . 20 5 1 3 软件调试 . 22 6 工作性能分析 23 6 1 运行分析 23 6 2 性能分析 24 结论 25 致谢 26 参考文献 27 附录 1 28 附录 2 29 附录 3 30 附录 4 31 1 绪 论 单片机一词最初源于“ Single Chip Microcomputer”,它忠实地反映了早期单片机的形态和本质。随后按照面向对象，突出控制功能，在片内集成了许多外围叫路及外设接口，突 破了传统意义的计算机结构，发展成 Microcont
11、roller 的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器 MCU（ Micro Controller Unit）。鉴于它完全作为嵌入式微控制器。由于国内对单片机一词已约定成俗，因此仍沿用至今。但对“单片机”一词的理解，不应现限于“ Single Chip Microcomputer”，而应接轨于国际上对单片机的标准称呼“ Micro Controller Unit”（ MCU）。 单片机的发展大致可分为四个阶段： 第一阶段：单片机探索阶段。以 Intel 公司 MCS-48， Motorola 公司 6801 为代表，属低档型 8 位机。 第二阶段：单片机完善阶段。以 Intel 公司 MCS-
12、51， Motorola 公司 68HC05为代表，属高档型 8 位机。此阶段， 8 位单片机体系进一步完善，特别是 MCS-51系列单片机在世界和我国得到了广泛的应用，奠定了它在单片机领域的经典地位，形成了事实上的 8 位单片机标准结构。 第三阶段： 8 位机和 16 位机争艳阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。此阶段 Intel 公司推出了 16 位的 MCS-96 系列单片机，世界其他芯片制造商也纷纷推出了性能优异的 16 位单片机，但由于价 格不菲，其应用面受到一定的限制。相反 MCS-51 系列单片机，由于其性能价格比高，却得到了广泛的应用，并吸引了世界许多知名制造厂商，竟相使用以
13、 80C51 为内核，扩展部分测控系统中使用的电路技术、接口技术、 A/D、 D/A 和看门狗等功能部件，推出了许多与 80C51兼容的 8 位单片机。强化了微控制器的特征，进一步巩固和发展了 8 位单片机的主流地位。 第四阶段：微控制器全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，世界各大电气、半导体厂商普遍投入，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的 8 位 /16 位 /32 位通用型单 片机以及小型廉价的专用型单片机，百花齐放，全面发展，单片机已进入一个可广泛选择和全面发展的应用时代。 MCS-51 系列单片机最初是 HMOS 制造工艺，其芯片根据片内 ROM 结构可分为 80
14、31（片内无 ROM）， 8051（片内有 4KB 掩膜 ROM）， 8751（片内有 4KB EPROM），统称为 51 系列单片机。其后又有增强型 52 系列，包括 8032、 8052、8752 等。 HMOS 工艺的缺点是功耗较大，随着 CMOS 工艺的发展， Inter 公司生产了CHMOS 工艺的 80C51 芯片，大大降低了功耗，并引入了低功耗管理模式，使低功耗具在可控性。 CHMOS 工艺的 80C51 芯片，根据片内 ROM 结构，也有 80C31、80C51、 87C51 三种类型，引脚与 51 系列兼容，指令相同。 随后， Intel 公司将 80C51 内核使用权以专利
15、互换或出售形式转让给世界许多著名 IC 制造厂商，如 philips、 NEC、 AMD、 Dallas、 siemens、 Fujutsu、 OKI、华邦、 LG 等。在保持与 80C51 单片机兼容的基础上，这些公司融入了自身的优势，扩展了针对满足不同测控对象要求的外围电路。这样， 80C51 单片机就被众多芯片制造厂商支持，成了事实上标准 的 MSU 芯片。 2 整体程序设计概述 2 1 需要体现的功能与特点 利用 51 芯片和 LED 灯设计一个流水灯电路，要求流水灯工作稳定，有较好的视觉效果。要求用不同方案，实现同样的功能，由浅入深，使这个系统既能实现单纯的流水灯效果，又能实现稍微复
16、杂的流水灯效果。虽然变化是无穷的，但要利用这个方案让人们了解它所用到的各个部分工作原理。 2 2 设计方案论证 由于用 51 芯片控制一组 LED 等，还有多余的 i/o 口空余， LED 功率不大，不需要用驱动电路，只需要简单的排布 就可以。 按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。 AT89C51 单片机是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机，具有丰富的内部资源： 4kB 闪存、 128BRAM、 32 根I/O 口线、 2 个 16 位定时 /计数器、 5 个向量两级中断结构、 2 个全双工的串行口，具有 4
17、.25 5.50V 的电压工作范围和 0 24MHz 工作频率，使用 AT89C51 单片机时无须外扩存储器。因此，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、 复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。其具体硬件组成如图 2-1 所示。 图 2-1 硬件组成 3 电路的硬件设计 3.1 电源设计 稳压电源的功能是把来自电网的 220V 交流电压转变为所需的、稳定的直流电压。它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图3-1 所示： 图 3-2 电源电路图 根据要求所确定的稳压电源的电路形式如图 3-2 所示。图中变压器 T 将来自电网的 220V 交流 电压变换为整流电路所需要的 7.5V 交流电压，再经整流电桥（ 4个二极管） D1 将交流电压变换成脉动的直流电压，随后电解电容器 C1 将脉动直 u2 - + u4 u3 u1 u1 u2 u3 u4 u5 o t o t o t o t o t 变 压 器 整流 电路 滤波 电路 稳 压 电路 图 3-1 稳压电源的组成框图及工作过程 T 220V7.5V C3 104 C2 104 Vin 1 GND 2 Vout 3 IC1 7805 R1 100 VCC 1 2 3 4 D1 BRIDGE C1 1000u S SW D2 LED
