花样流水灯设计

单片机课程设计

课程单片机课程设计

题目花样流水灯院系电气工程及其自动化系专业班级1112 班学生姓名温亿锋学生学号20147年6月15 日

指导教师张瑛

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。

三丶设计方案

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。

四丶系统硬件设计

4.1 直流稳压电源电路

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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。

4.2 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。

4.3 LED 电路

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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。

4.4 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

4.5 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。

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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

）。

五丶系统的软件设计

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 MOV P0，A 或 MOV P0，＃ 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。

主程序流程图

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