闪烁灯设计

1 引言

1. 1 课题简介

随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到闪烁的彩灯。LED 彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。

事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有单片机1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC 机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。

1. 2 设计目的

课程设计是培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要环节。通过课程设计，熟悉和掌握单片机系统的硬件设计的方法、原理、设计步骤。熟练掌握单片机系统与接口扩展电路的设计方法，熟练应用汇编语言编写应用程序和实际设计中的硬软件调试方法和步骤。不仅要培养学生事实求是和严肃认真的工作态度，培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更要培养学生在实际的工程设计中查阅资料，撰写设计报告表达设计思想和结果的能力。

通过本次工程实践，运用单片机原理与接口技术所学知识及查阅相关资料，完成闪烁灯系统的设计，达到理论知识与实践更好结合、提高综合运用所学知识和设计能力的目的。

通过本次设计训练，可以使我们在基本思路和基本方法上对基于AT-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。

1. 3 设计要求

课程设计是培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要环节。通过课程设计，熟悉和掌握微机系统的硬件设计的方法、原理、设计步骤。熟练掌握微机系统与接口扩展电路的设计方法，熟练应用8086汇编语言编写应用程序和实际设计中的硬软件调试方法和步骤。不仅要培养学生事实求是和严肃认真的工作态度，培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更要培养学生在实际的工程设计中查阅资料，撰写设计报告表达设计思想和结果的能力。

闪烁灯设计的要求是利用单片机控制一支发光二极管，并设置一个按钮开关K1，当按下K1按钮开关后，二极管以500ms为间隔进行闪烁，闪烁5次后熄灭。

1. 4 设计任务

在本次工程实践中，主要完成如下方面的设计任务:

1）掌握AT-51系列某种产品（例如8051）的最小电路及外围扩展电路的设计方法；

2）了解单片机闪烁灯的功能及工作过程；

3）完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定；

4）用一种计算机绘图软件完成原理电路的绘制；

5）完成系统设计说明书（页数不低于10页）。

2 设计原理与硬件电路

2．1 设计原理图

2．2 延时程序的编写

单片机执行一条指令的执行时间，称为指令周期。指令周期是以机器周期为单位的，为1~4个机器周期，多数指令都是单周期指令，也就是执行一条指令的时间为一个机器周期。在MCS-51单片机规定一个机器周期为单片机振荡器的12个振荡周期。如果晶体振动频率为12MHz，则一个机器周期为1μs。

单片机的指令运行是很快的，要在端口获得一定时间长度的脉冲信号，就要通过编写程序，使单片运行设计程序产生时间延迟，实现从单片机输出端口上获得需要频率的电脉冲信号。

任务中要求获得0.5s的时间长度，当单片机的指令周期是1μs时，可计算出0.5s是1μs的500000倍，在程序编写中常用循环语句来完成计数和时间延迟，从而获得需要的延时时间。

为了便于计算和控制，常采用无符号变量的循环来实现。因为程序执行时，对应的每次循环所需要的时间是两个机器周期，当单片机所使用的晶振为

12MHz，每次循环就延时2μs。

无符号数最大值为255，也就是说，使用无符号类型的变量的单个的循环最多为255次，即用一个循环不能完成所需要的0.5s延时。为了达到0.5s延时，可采用多重循环的方式完成。为了方便，将其中的每重循环的循环次数取为0.5s/2μs=250000的因数200、250和5。

2. 3主程序的编写主程序：

ORG 0000H 图2-2闪烁程序设计框图输出低电平

输出高电平

程序开始

延时0.5秒

延时0.5秒

JMP MAIN

ORG 0100H

MAIN: SETB P1.0

LCALL DELAY

SETB P1.0

LCALL DELAY

JMP MAIN

DELAY:MOV R1,#5

D3: MOV R3,#200

D2: MOV R2,#250

D1: DJNZ R2,D1

DJNZ R3,D2

DJNZ R1,D3

RET

END

2. 4 硬件电路

2. 4. 1 系统组成方案

该系统主要由AT89C51一片芯片组成，并由一些电阻，电容组成

2. 4. 2 硬件设计

本系统所选用的芯片有AT89C51，

AT89C51

AT89C51芯片

AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes

ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指