倒数计数器课程设计重点讲义资料.docx
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倒数计数器课程设计重点讲义资料
湖南涉外经济学院
课程设计报告
课程名称：
单片机原理及应用
报告题目：
花样流水灯控制器
学生姓名：
李阳
所在学院：
信息科学与工程学院
专业班级：
电科1401
学生学号：
144290109
指导教师：
黄科
2016年06月20日
课程设计任务书
报告题目
花样流水灯控制器
完成时间
2016.06.20
学生姓名
李阳
专业班级
电科1401
指导教师
黄科
职称
讲师
总体设计要求和技术要点
要求电路开启后，红黄绿三种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。
电路启动后，要求红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。
红黄绿灯每次亮的时间分别为5秒，5秒，10秒。
工作内容及时间进度安排
1、查阅资料，确定课题设计方案6月13日
2、绘制完整的的电路原理图6月14日
3、绘制程序流程图6月15日
4、编写程序并调试6月16日
5、系统仿真，排除硬软件错误6月17日
6、系统验收6月20日
7.编写课程设计报告、答辩6月20至24日
课程设计成果
1．与设计内容对应的软件程序
2．课程设计总结报告
摘要：
电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。
开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在老师的指导下完成大纲规定的实验任务。
通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件，熟悉常用仪器的使用方法，掌握正确记录.处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题的能力，培养学生具有严谨的工作作风，实事求是的科学态度，刻苦钻研、勇于探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公物的优良品质，为今后从事专业科研工作和工程技术工作打下良好的基础。
流水灯是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮。
流水灯控制是可编程控制器的一个应用，其控制思想在工业控制技术领域也同样适用。
流水灯控制可用多种方法实现，但对现代可编程控制器而言，利用移位寄存器实现最为便利。
通常用左移寄存器实现灯的单方向移动；用双向移位寄存器实现灯的双向移动。
要求红黄绿三种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。
电路启动后，要求红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。
红黄绿灯每次亮的时间分别为5秒，5秒，10秒。
关键词：
流水灯74LS161计数器74LS194移位寄存器CC7555定时器自启动红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。
红黄绿灯每次亮的时间分别为5秒，5秒，10秒。
目录
一、功能介绍…………………………………………………………………………1
二、系统设计………………………………………………………………3
三、硬件设计…………………………………………………………4
四、软件设计……………………………………………………4
五、系统调试………………………………………………………………………8
六、结论与心得………………………………………………………………………9
七、参考文献……………………………………………………………………10
一、功能介绍
1.1单片机基础知识
单片机又称单片微控制器，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。
概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。
单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。
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，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。
现在，这种单片机的使用领域已十分广泛。
彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中。
单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。
单片机按用途大体上可分为两类，一种是通用型单片机，另一种是专用型单片机。
MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MSC-51单片机作为代表进行理论基础学习。
MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。
1.2单片机的发展趋势
单片机现在可以说是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。
纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：
一、微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、
PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。
甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。
现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
二、低功耗CMOS化
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。
像80C51就采用了HMOS（即高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺）。
CMOS虽然功耗低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。
所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
三、主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以89C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。
所以89C51占据了半壁江山。
而Microchip公司的PIC精简指令集合（RISC）也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEX公司近年的单片机产量与日俱增，与其底价质优的优势，占据一定的市场份额。
此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。
在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补、相辅相成、共同发展的道路。
九十年代以后，单片机在结构上采用双CPU或内部流水线，CPU位数有8位、16位、32位，时钟频率高达20MHZ，片内带有PWM输出、监视定时器WDT、可编程计数器阵列PCA、DMA传输、调制解调器等。
芯片向高度集成化、低功耗方向的发展，使得单片机在大量数据的实时处理、高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以及局域网等方面得到大量应用。
这类单片机有NEC公司的MPD7800，MITSUBISHI公司的M337700，REVKWELL公司的R6500。
1.3项目设计任务与要求
、
一丶任务
设计一款以AT89C51单片机作为主控核心，按键控制电路、流水灯显示电路以及单片机最小系统等模块组成的核心主控制电路。
二丶设计要求
通过发光二极管显示不同的花样（至少有六种花样），并且可以通过按键来控制流水灯的速度。
二丶设计方案
本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED流水灯循环系统的设计，来达到本设计的要求。
其硬件构成框图如下图所示，以单片机为核心控制，由单片机最小系统（时钟电路、复位电路、电源）、按键控制电路、LED发光二极管和5V直流电源组成。
单片机流水灯循环控制系统硬件框图
此设计方案中单片机的P1口接5路按键控制电路，实现流水灯花型的切换功能；单片机的P3.7引脚接上一个按钮开关以实现对流水灯闪烁频率的控制，即实现了快慢两种节拍实现花型的变换；单片机上的P2口接八路LED发光二极管组成流水灯电路，显示流水灯循环情况。
三丶硬件设计
3.1直流稳压电源电路
对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。
电子设备除用电池供电外，还采用市电（交流电网）供电。
通过变压、整流、滤波和稳压后，得到稳定的直流电。
直流稳压电源是电子设备的重要组成部分。
本项目直流稳压电源为+5V。
直流稳压电源的制作一般有3种制作形式，分别是分立元件构成的稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。
下图为稳压电源采用的是三端集成稳压器7805构成的正5V直流电源。
三端固定式集成稳压电源电路图
AT89C51单片机的工作电压范围：
4.0V---5.5V，所以通常给单片机外接5V直流电源。
此处用3节1.5V的干电池供电。
3.2单片机最小系统
要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成，单片机最小系统如图所示。
时钟电路：
本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。
复位电路：
确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。
单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。
本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。
单片机最小系统
3.3LED电路
LED流水灯显示电路
LED流水灯显示电路如图所示，实际上是由8个发光二极管和8个电阻构成的电路。
发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应的P2口上。
通过软件编程对P2口输出高低电平来实现不同的闪烁花型。
由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上，另外，他的工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA，电阻选择范围100Ω—3000Ω在此我们这里选用560Ω的电阻。
3.4按键控制电路
按键控制电路如下图所示，是由6个按键开关构成的。
他们分别接在单片机AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1---Key5接在P1.0---P1.4,Key6接在P3.7上。
为了一对一的控制LED灯的闪烁方式。
当按下开关Key1时,LED流水灯系统闪烁第一种流水灯花型。
当按下开关Key2时,LED灯系统闪烁第二种闪烁方式。
当闭合Key6时，流水灯闪烁节拍变慢。
键盘控制电路
3.5串口电路
串口电路为单片提供与PC机连接端口，为单片机提供下载程序到单片机程序存储器中。
串口原理图如下图所示。
串口也称串行通信接口，RS-232是目前最常用的一种串行通讯接口，由于其形状和针脚数量的原因，其接头又被称为DB9接头。
RS-232针脚定义:
2RXD接收数据、3TXD发送数据、5GND系统接地，一般就用到这几个引脚。
串口原理图
MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。
MAX23内部结构基本可分三个部分：
第一部分是电荷泵电路：
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成，功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道：
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道，其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道，8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出
第三部分是供电：
15脚DNG、16脚VCC（+5v）。
四丶软件设计
本设计是以单片机AT89C51为核心控制8个发光二极管5种闪烁方式的变换。
硬件电路如图所示，八个发光二极管D1－D8分别接在单片机的P2.0－P2.7接口上，当给P2.0口输出“0”时，发光二极管点亮，当输出“1”时，发光二极管熄灭。
可以运用输出端口指令MOVP0，A或MOVP0，＃DATA，只要给累加器值或常数值，同理，接在P2.1～P2.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。
因此，要实现流水灯功能，只要将发光二极管LED1～LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的成流水灯了。
在此还应注意一点，由于视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到闪烁效果。
程序启动时跳转到键盘判断模块程序中，此程序里面包含Key1-Key5的按键情况判断，循环检测直到有按键按下的时候，程序转去相对应按键的流水灯显示的花型模块，与此同时，当按键Key6有闭合时，程序中调用延时程序时，给延时参数赋值上另一个值，是延时程序延时时间发生改变，以达到不同快慢节奏闪烁的流水灯。
具体程序流程如下图所示。
五、系统调试
图5-1
六、结论与心得
本方案以AT89C51单片机作为主控核心，按键控制电路、流水灯显示电路以及单片机最小系统等模块组成的核心主控制电路，利用软件编程烧录程序到单片机来实现对LED流水灯进行控制，与其他LED流水灯相比该电路结构简单、易操作、硬件少、体积小、成本低、低能耗等优点，其电路集成度高，工作原理简单，清晰明了，控制图案的花样多，移植性好。
这次课程设计的时间虽然不算很长，但使我对很多东西有了更深刻的认识。
平时在课堂上无法掌握的集体操作都有了一定的进步。
总结如下：
●查阅资料和阅读相关文献的重要性。
●向同学请教的重要性，团结协作的重要性。
●勤动手的重要性，自己动手，丰衣足食！
以前很多时候一遇到问题常常都会问同学，但是通过这次设计，我学会了自己努力解决困难，提高了自己解决问题的能力。
●对待任何事情都要有耐心和恒心，遇到问题要冷静地思考，积极找出症结所在，逐个解决。
通过本次课程设计，我更深刻的认识到了教学实践在大学课程中的重要性，同时也发觉到了自己在学习方面存在的许多不足之处，在以后的学习中我会努力改进这些不足，不断提高自己的动手实践能力
七、参考文献
单片机原理及应用第三版（林立张俊亮编）
单片机C语言程序设计完全自学手册（郭惠吴迅编）
基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例（蒋辉平周国雄编）
附录；程序代码
#include
unsignedchari;
unsignedchartemp;
unsignedchara,b;
voiddelay（void）//延时子程序
{
unsignedcharm,n,s;
for（m=20;m>0;m--）
for（n=20;n>0;n--）
for（s=248;s>0;s--）;
}
voidmain（void）//主程序
{
while
（1）//循环条件永远为真，以下程序一直执行下去。
{
temp=0xfe;
P1=temp;//直接对I/O口P1赋值，使P1.0输出低点平。
delay（）;//延时
for（i=1;i<8;i++）//实现广告灯的移动
{
a=temp<b=temp>>（8-i）;
P1=a|b;
delay（）;
}
for（i=1;i<8;i++）//实现广告灯的反方向移动
{
a=temp>>i;
b=temp<<（8-i）;
P1=a|b;
delay（）;
}
}
}
教师评语及设计成绩
教师评语：
课程设计成绩：
指导教师：
（签名）
日期：
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