基于单片机最小系统的流水灯

电气工程学院学生科研实践计划项目

总结报告

项目编号：SRPP201715

项目名称：基于单片机最小系统的流水灯项目参加人：李恺（论文撰写者）任子业所在班级：电子161

项目指导教师：宋潇

项目完成时间：2017年 6 月

填报日期：2017年 6 月 4 日

河南科技大学电气工程学院

2016年制

目录

一、项目研究内容 (3)

二、设计方法 (3)

三、系统各模块的设计过程 (4)

1.电源模块 (4)

2.单片机最小系统 (5)

3.驱动电路 (8)

4.PCB设计 (8)

四、系统软件设计 (10)

1.源程序 (10)

2.程序流程图 (11)

五、系统调试与结果分析 (12)

六、总结 (14)

一、研究内容

单片微型计算机简称单片机，是指集成在一块芯片上的计算机，它具有与结构简单,控制功能强,可靠性高,体积小,价格低等优点。单片机技术作为计算机技术的一个重要的分支，广泛的应用于工业控制,智能仪器仪表,家用电器,电子玩具等各个领域。

此次研究的内容是：用AltiumDesigner制作基于单片机最小系统流水灯的原理和PCB，自己进行各个原件的焊接。并进行程序的设计，通过程序来精确的控制LED的亮灭时间，从而达到预期的目的。

二、设计方法

首先，我们设计使用8个LED小灯制作流水灯，采用STC90C51RC作为主控芯片，并在单片机外围设计了电源指示模块，复位电路和晶振。通过编程控制I/O口的电平高度，使8个LED灯能够准确的以不同的时间亮灭。

其基本的模块图如下所示：

图2-1-1 流水灯结构

在这之后，为了防止所设计的系统没有误差，同时练习自己的焊接能力，于是我们找到了洞洞板并将单片机的最小系统焊于其上，录入程序看是否工作。如果不工作则进行修改，直到成功为止。这样，即练习了焊接技术以防焊接PCB时失误又能够进一步掌握单片机最小系统。

最后进行程序和PCB的设计。主要通过Keil uVision5和AltiumDesigner两个软件进行单片机的程序设计，原理图和PCB的制作。最后用stc-isp-15将所得到HEX文件烧录到单片机中，观察说设计的系统是否达到所预期的目的

三、系统的各模块设计过程

1、电源模块

供电采用5v的USB供电

图3-1-1 电源电路

C4为去耦合电容，通过此电容将电路中的耦合产生的能量传递抵消，从而减小了对单片机工作的影响。

2、单片机最小系统

（1）单片机裸片如图所示

STC90C516RC+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟的机器周期和6时钟的机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。

我们用P2引脚作为电路的驱动接口，用RST引脚连接复位电路，用XTAL1和XTAL2连接晶振，用RXD和TXD连接下载模块，VCC和GND连接电源。

图3-2-1 单片机

（2）晶振

如图所示：

XTAL2

XTAL1

图3-2-2 晶振电路

每个单片机系统里都有晶振，全程是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。晶振旁边接的是负载电容，负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可

看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同，而我们采用的是12MHz的晶振，结合芯片手册的说明所以使用了47pf的负载电容。

（3）复位电路

如图所示：

当单片机的RST引脚置于高电平几秒后，单片机复位，程序重新执行。

RST

图3-2-3 复位电路

VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位;几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，C放电，在10K电阻上出现电压，并持续一段时间，使得单片机复位。松开S，C又充电，几个毫秒后，单片机进入工作状态。

（4）下载模块如图所示：

插针2接单片机TXD引脚，插针1接单片机RXD引脚。

图3-2-4 插针

图3-2-5 下载模块

USB下载模块是单独的物件，没有直接焊入PCB中，于是用四头插针与相应功能的接口连接，然后再用杜邦线与插针连接就能实现相应的功能。

（5）上拉电阻的设计

如图所示：

图3-2-6 上拉电阻

P0口是集电极开路输出,也就是OC门,这种结构没有输出高电平的能力

就相当于一个一端接地的开关, 按下去就输出低电平0V,断开就没有电压,是悬空状态.如果要输出高电平控制一个器件,而这个器件本身又没有内置上拉,就必须自己接一个上拉电阻。3、驱动模块

如图所示:

图3-3-1 驱动电路

单片机的I/O输出能力不足以驱动LED灯，所以采用灌电流的方式来驱动LED灯发光。

4、PCB的设计

我主要设计PCB，在设计PCB时遇到了不少的困难。首先是原理图，设计时需要很多的原件，有的元件库里的元件没有封装有的有，但是有很多是不能用的。而且，不同的元件库里的原件还不一样，而自己画原件又很浪费时间，也不会画。于是就在网上找了很多的资源，最终将原理图的问题解决。在画PCB时，先进行原件的布局，之后开始布线，为了减少信号的损失我把地线加粗为30mil，电源线加粗为20mil。考虑我们所做的板子非常的小，就没有进行覆铜。然而一些封装却无法解决，比如说排阻即找不到封装自己也不会画，还有就是一些电容，找到封装，但是不符合实际，不是太大就是太小，结果只画了图而没有去制作。

原理图如下：