《微型计算机系统》课程设计基于单片机的跑马灯设计大学论文.docx

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《微型计算机系统》课程设计基于单片机的跑马灯设计大学论文

《微型计算机系统》课程设计

任务书

题目名称：

基于单片机的跑马灯设计

专业自动化班自本132

姓名刘鑫伟学号201328201

学校：

青岛理工大学自动化学院

指导教师：

史贺男

2015年11月30日

青岛理工大学自动化工程学院

课程设计任务书

课程名称：

微型计算机系统

设计题目：

基于单片机的跑马灯设计

系统硬件要求：

根据实际要求，以MCS-51单片机为核心，设计3个按键，每个按键对应一个花样，可手动显示，即按一个按键，显示一种花样，也可以再设计一个按键用于连续显示每个花样，每个花样显示的时间和花样设计者自己规定，并在论文中给定。

设计控制系统硬件电路，编写C语言或汇编语言程序，并用PROTEUS软件进行实时仿真。

要求：

（1）扩展接口（8255或8155）,设计至少4个按键

（2）设计至少32个LED

（3）LED显示至少有3种花样，可单独显示也可自动循环显示

软件设计：

1）主程序设计

2）各功能子程序设计

其他要求：

1、每位同学独立完成本设计。

2、依据题目要求，提出系统设计方案。

3、设计系统电路原理图。

1、调试系统硬件电路、功能程序。

2、编制课程设计报告书并装订成册，报告书内容（按顺序）

（1）报告书封面

（2）课程设计任务书

（3）系统设计方案的提出、分析

（4）系统中典型电路的分析

（5）系统软件结构框图

（6）系统电路原理图

（7）源程序

（8）课设字数不少于3000字

成绩

评语

目录

第一节 AT89C51芯片分析………………………………………………………I

第二节 设计概述 ………………………………………………………………3

第三节算法 ………………………………………………………………..…5

第四节编程技巧…………………………………………………………………7

第五节电路设计及功能说明，硬件原理框图及电路图（包括接口芯片简介）.8

第六节调试过程中的主要难点（自己遇到的）及解决思路和办法；………….8

课设结果及分析、收获、体会和建议；………………………………………….9

参考文献 …………………………………………………………………………10

附录1………………………………………………………………………………11

附录2………………………………………………………………………………12

第一节 AT89C51芯片分析 

ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89C51的芯片引脚图如下：

各引脚的说明和功能分析如下：

 VCC：

供电电压。

 GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编

程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

 P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。

初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。

RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。

然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

     XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

第二节 设计概述 

本程序设计意在展示跑马灯的色彩样式及“跑马”变换效果，如果将跑马灯做大，会有很高的观赏价值。

通过对一些相关书籍资料的查阅及网上各种作品和代码的浏览，对各种实现代码的比较和优化，总结出本程序，以较优秀的代码实现各种可控的“跑马灯”功能。

硬件系统部分包括显示部分、按键控制部分和控制芯片。

 系统框图如下：

第三节算法 

编译两个函数，分别是void display（ ）函数和void delay（ ）函数，前者是LED显示函数，后者是延时函数。

程序的开始，先定义各个参数、各口的地址以及各个位。

主函数中，定义y1、y2分别为PA口PB口的相应地址，控制各个LED灯的亮灭；m为显示函数void display（ ）中for循环的个数，控制LED灯亮灭循环；k1、k2分别为PA口PB口地址转移的个数，控制PA口PB口地址转移的方式；t为延迟的参数，顺、跳两模式定义不同的k值和m值。

然后定义CPU的各个状态，使其正常工作。

在顺序显示中，先进入while

（1）循环，循环中两判断条件if（P1==0xfd），令k1=1，实现顺显示，和if（P1==0xfb），令k2=2实现跳显示。

根据条件进入相应模式，各有一个LED灯亮、两个LED灯亮、四个LED灯亮、八个LED灯亮，和一个LED灯、两个LED灯、四个LED灯间隔亮 

显示函数void display（ ）中， 两个for循环分别控制PA口PB口LED灯的循环模式，其中n为for循环的次数。

先定义PA口PB口的首地址outdata1、outdata2进入循环，函数_cror_和_crol_控制他们地址不同的转移方式，k为其中的转移的个数。

t为延迟函数的参数，控制亮灭延迟的时间。

延迟函数void delay（ ）中，t为延迟的参数，控制程序中所需的延迟时间。

 程序中各个参数之间都一一对应，根据要求相互呼应。

通过控制这些参数的量值来实现硬件仿真中多种跑马灯的运行模式。

第四节编程技巧 

   设计中，我将与PA相连的LED灯顺序排列，与PB相连的逆序排列，要注意两组初始值并不相同，明确参数间的关系，多个参数组合使用，实现跑马灯的多种运行方式。

第五节电路设计及功能说明，硬件原理框图及电路图（包括接口芯片简介）； 

本次设计采用AT89C52芯片驱动可编程接口芯片8155的扩展来实现LED灯的多种显示方式。

让AT89C52芯片的P0口与8155芯片的三态双向数据总线D0～D7连接，实现数据传送。

当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。

8155的地址选择线A1、A0分别与AT89C52的P2.7和P2.6连接，通过定义不同的地址来定义8155芯片PA口和PB口的工作方式。

读写命令线分别与单片机的读写命令线相连，片选线直接接地，复位线RESET接单片机的P2.5。

同时PA口与8个LED灯顺序连接。

PB口与8个LED灯逆序连接，通过按键控制可以选择不同的运行模式，实现多种跑马灯的运行模式。

第六节调试过程中的主要难点（自己遇到的）及解决思路和办法； 

设计中与PA口连接的LED灯是顺序依次亮，与PB口连接的LED灯是逆序依次亮，要注意PA初始状态分别是fe、fc、f0、00，PB初始状态分别是7f、3f、0f、00。

其次PB口跳跃亮，所以k2初始值为2。

课设结果及分析、收获、体会和建议； 

通过此次为期两周的课程设计，我加深了对单片机以及C语言的认识和理解，使各部分的知识得到了进一步的巩固。

将平时学的理论知识真正应用到实际中，实现了学与用相结合，应用单片机这一开发环境，软硬件结合来达到设计一实物的目的。

同时还了解了两个专业软件：

KEIL C和PROTEUS仿真软件，现在基本熟悉了他们的应用与相关知识。

此次课程设计，关键的是整个课设过程，这中间有着我们的辛勤劳动和认真的思考，过程有些枯燥，但却十分有意义。

仿真和程序的编写都会遇到很多问题，但我们保持耐心，认真对待，问题终会解决。

整个过程认真坚持下来，你会收获很多，体会很多，不管是对以后的学习，还是对我们的自身本事的锻炼，这些都是我们非常宝贵的财富。

课设过程中遇到的苦难，通过对设计的认真分析以及与同学们的讨论，找到了其中的出错点，将其改正，每个问题都这样一一改正，整个课设完成的十分成功。

此次课设还锻炼了我们的动手能力，开阔了我们的思维境界，使我们的知识更丰富，不仅加深了我们对所学专业的认识，更增加了我们对所学专业的兴趣！

参考文献

1 C语言程序设计教程   张敏霞，孙丽凤主编  北京：

电子工业出版社，2007.3 

2 单片机原理及接口技术  胡汉才主编       北京：

清华大学出版社，2010.5

3模拟电路课本

4数字电路课本

附录1

附录2

#include 

#include 

#define uchar unsigned char

#define PA  XBYTE[0x00]

#define PB  XBYTE[0x01]

#define PC  XBYTE[0x02]

#define COM XBYTE[0x03] 

sbit k1=P1^0;

sbit k2=P1^1;

sbit k3=P1^2;

sbit k4=P1^3;

uchar code lie[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

uchar code hangk0[8]={0x00,0xc3,0xc3,0xff,0xff,0xc3,0xc3,0x00};

uchar code hangk1[8]={0x1e,0x21,0x42,0x84,0x84,0x42,0x21,0x1e};

uchar code hangk2[8]={0x00,0x00,0x7f,0x88,0x88,0x67,0x00,0x00};

unsigned char mode; 

unsigned char key;

void keyscan（void）;

void delay（uchar t）; 

void light0（void）;

void light1（void）; 

void light2（void）;

void main（）

{  

     PA=0; PB=0; 

     COM=0x80;        

     IT0=1;

     EX0=1;

     EA=1;

   while

（1）

   { 

           switch（key）

           {

              case 1:

 light0（）; break;

              case 2:

 light1（）; break;

              case 3:

 light2（）; break;

              case 4:

 light0（）;delay（1000）;light1（）;delay（1000）;light2（）;delay（1000）; break;

              default:

 break;

           }           

   } 

}

void int0（void）  interrupt 0

{        

         keyscan（）;

}

void delay（uchar t）

{

    uchar i=0;

    while（t--）  for（i=0;i<120;i++）;

}

void keyscan（void）

{

      if（k1==0）

      {

             delay（10）;

             if（k1==0）

             {

                    while（!

k1）;

                    key=1;                           

             }

      }

      if（k2==0）

      {

            delay（10）;

 if（k2==0）

 {

      while（!

k2）;

  key=2;

 }

      }

      if（k3==0）

      {

             delay（10）;

             if（k3==0）

             {

                    while（!

k3）;

                    key=3;                           

             }

      }

      if（k4==0）

      {

            delay（10）;

 if（k4==0）

 {

      while（!

k4）;

  key=4;

 }

      }

}

void light0（）

{

        unsigned char a;

        for（a=0;a<8;a++）

         {   

                PA=lie[a];

                PB=hangk0[a];

                delay（5）; 

         }

} 

void light1（）

{

        unsigned char x;

        for（x=0;x<8;x++）

         {   

                PA=lie[x];

                PB=hangk1[x];

                delay（5）; 

         }

} 

void light2（）

{

        unsigned char y;

        for（y=0;y<8;y++）

         {   

                PA=lie[y];

                PB=hangk2[y];

                delay（5）; 

         }

}