单片机跑马灯课程设计

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邵院学院课程设计（论文）

第一章概论

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彩色霓虹灯。 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。

本产品不仅具有电路简单，造价便宜，功耗低等优点，还有多种亮灯花样。而且可以通过修改源程序中延迟程序的参数来改变亮灯速度和频率，还可以通过修改表中的数据来改变亮灯的方式，这便大大提高了产品的性能与灵活性，使产品不会局限于单一的功能而产品的适用范围。

课程设计是学完一门课后应用本课知识及以前的知识积累而进行的综合性、开放性的训练，是培养学生工程意识和创新能力的重要环节。进一步巩固和加深“单片机”课程的基本知识，了解单片机设计知识在实际中的应用。综合运用“单片机”课程和先修课程的理论及生产实际知识去分析和解决电路设计问题，进行单片机电路设计的训练。学习单片机设计电路的一般方法，了解和掌握单片机电路的设计过程和进行方式，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体电路设计能力。通过计算和绘图，学会运用标准、规范和查阅有关技术资料等，培养单片机电路设计的基本技能。

第二章设计方案

2.1、设计目的

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学生在教师指导下运用所学课程的知识来研究、解决一些具有一定综合性问题的专业课题。通过课程设计（论文），提高学生综合运用所学知识来解决实际问题、使用文献资料、及进行科学实验或技术设计的初步能力，为毕业设计（论文）打基础。

2.2、设计要求

以MCS51单片机为核心，辅以外围接口电路，设计一个花样LED闪烁彩灯，使彩灯按事先编好的流程不断闪烁，并有不同种闪烁花样。LED灯管可以使用共阳极，单片机芯片可采用ATC52。

2.3、设计原理

2.3.1、ATC52介绍

ATS52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程

ATS52引脚图 DIP封装

Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得ATS52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 ATS52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级

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中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，ATS52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0不具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能：

P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用）

P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据

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存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 P3口亦作为ATS52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚第二功能： P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1)

P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通)

此外，P3口还接收一些用FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 2.3.2、LED灯管介绍

(1) LED原理

LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片。

晶片的一端附在一个支架上，一端是负极负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导

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体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

LED有共阴极和共阳极两种。在此设计中我们采用共阳极，共阳极将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。

(2) LED用途介绍

可见光的光谱和LED白光的关系。众所周之，可见光光谱的波长范围为

380nm～760nm，是人眼可感受到的七色光——红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但这七种颜色的光都各自是一种单色光。例如LED发的红光的峰值波长为565nm。在可见光的光谱中是没有白色光的，因为白光不是单色光，而是由多种单色光合成的复合光，正如太阳光是由七种单色光合成的白色光，而彩色电视机中的白色光也是由三基色红、绿、蓝合成。由此可见，要使LED发出白光，它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。但要制造这种性能的LED，在目前的工艺条件下是不可能的。根据人们对可见光的研究，人眼睛所能见的白光，至少需两种光的混合，即二波长发光（蓝色光+黄色光）或三波长发光（蓝色光+绿色光+红色光）的模式。上述两种模式的白光，都需要蓝色光，所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术，即当前各大LED制造公司追逐的“蓝光技术”。目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家，所以白光LED的推广应用，尤其是高亮度白光LED在我国的推广还有一个过程。

LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地替代现有照明器件。

（3）LED特点和优点

LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的

用途。体积小

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LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。耗电量低

LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过0.1W。使用寿命长

在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时高亮度、低热量环保

LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。坚固耐用

LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。

2.4、设计步骤

（1）明确任务和目的。阅读相关书籍，为自己的设计准备深厚的知识功底。（2）根据设计要求画出程序流程图，灯管点亮流程图。

（3）硬件设计。先想好，列出需要用到的元器件，然后再proteus软件中选取，再摆放，连线，制成电路图。

（4）软件设计。根据设计要求和程序流程图，变出源代码。（5）调试程序。若源程序无语法错误，对电路图进行仿真。

第三章硬件电路设计

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3.1、PROTEUS概述

Proteus软件是英国Labcenter electronics

公司出版的EDA工具软件。它不仅具

有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持

8051、HC11、

和

PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086

方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 PROTEUS具有4大功能模块： (1)智能原理图设计(ISIS)

(2)完善的电路仿真功能(Prospice) (3)独特的单片机协同仿真功能(VSM) (4)实用的PCB设计平台

MSP430

等。在编译

Proteus提供了丰富的资源：(1)Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、

交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。(2)Proteus可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。

3.2、proteus基本操作

（1）、选择元件：P按钮

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常用元件所在库及名称

名称所在库名元件名 51单片机 Microprocessor ATC51 电阻 Resistors

排阻 Resistors RESPACK 电容 Capacitors

晶振 Miscellaneous CRYSTAL 继电器 Switches&Relays G2R 三级管 Transistors

7段数码管 Optoelectronics 7SEG-COM-AN（共阳）

7SEG-COM-CAT（共阴）

LED Optoelectronics LED-BLUE/GREEN 两位、四位数码管 Optoelectronics 7SEG-MPX2/MPX4 （2）、选择要使用的元件

在Pick Device窗口双击相应元件名称，即可将元件添加到主界面左侧的列表中（3）、放置元件到绘图区

单击列表中的元件，然后在右侧的绘图区单击，即可将元件放置到绘图区。（每单击一次鼠标就绘制一个元件，在绘图区空白处单击右键结束这种状态）（4）、删除元件：

右击元件一次表示选中（被选中的元件呈红色），选中后再一次右击则是删除。（5）、移动元件：

右击选中，然后用左键拖动。（6）、旋转元件：

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左下角旋转工具栏（7）、元件连线：

在引脚上鼠标指针变成X状，单击，移动到目的引脚，再次单击。（8）、删除连线：同删除元件（9）、绘制电源和地

单击工具栏上的左起第8个工具（Inter-Sheet Terminal），左侧工具栏显示TERMINALS，可在其中选择POWER或GROUND，像放置元件一样放置到绘图区。

3.3、电路设计

3.3.1、元器件选取及电路图绘制绘制设计所需电路要用到的元器件有： ATC52 BUTTON CAP、CAP-ELEC CRYSTAL

LED-RED、LED-BLUE RES

3.3.2、电路原理图

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第四章系统软件设计

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4.1、流程图

4.1.1、程序流程图

初始化 R0送A 查表取数送P0口 R0 送A 查表取数送P2口送P2口 R0加1，调用延时

N R0=90？ Y R0加1

4.1.2、亮灯式样流程图

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蓝灯从左至右点亮红灯从左至右点亮

4.2、源程序代码

蓝灯反向点亮红灯从右至左点亮红灯从左至右，蓝灯从右至左同时点亮反向点亮红灯、蓝灯两两一起依次从左至右点亮反向点亮红灯、蓝灯两两一起同时从左至右点亮反向点亮左右四盏相继点亮两次全部点亮两次 12

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ORG 0000H

JMP MAIN ORG 0030H

;********************************************************* MAIN:

MOV SP,#60H MOV P0,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV R0,#00H MAIN1:地址送A

MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE_P0 MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A

MOV A,R0

MOV DPTR,#TABLE_P2 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A

INC R0 CALL DELAY CJNE R0,#90,MAIN1 MOV R0,#00H JMP MAIN1

;********************************************************* DELAY: MOV R5,#03

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DEL1:

MOV R6,#250 DEL2:

MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DEL2 DJNZ R5,DEL1 RET

;********************************************************* TABLE_P0:

DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH DB 07FH,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH,0FDH,0FEH,0FFH

DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH DB 0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH,0FDH,0FEH,0FFH

DB 0FCH,0F3H,0CFH,03FH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH

DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,03FH,0CFH,0F3H,0FCH,0FFH DB 0FCH,0F3H,0CFH,03FH,0FFH,03FH,0CFH,0F3H,0FCH,0FFH

DB 0F0H,0FFH,00FH,0FFH,0FFH,000H,000H,0FFH,000H,000H,0FFH,0FFH

TABLE_P2:

DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH DB 0FFH,07FH,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH,0FDH,0FEH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH

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DB 07FH,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH,0FDH,0FEH DB 0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH,0FFH

DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FCH,0F3H,0CFH,03FH

DB 0FFH,03FH,0CFH,0F3H,0FCH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH DB 03FH,0CFH,0F3H,0FCH,0FFH,0FCH,0F3H,0CFH,03FH,0FFH

DB 00FH,0FFH,0F0H,0FFH,0FFH,000H,000H,0FFH,000H,000H,0FFH,0FFH ;*********************************************************

END

第五章仿真与调试

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小结

经过努力，我们组终于完成这次数字彩灯的课程设计任务。我们首先查阅了大量的书本资料，接着又上网搜集了许多有用信息，有时候为了找到一个合适的电路而苦恼，有时候又为取得一点成功而由衷的高兴。

当最终的方案设计出来以后，我们非常感谢指导的几位老师，他们的一个小小指点就给我们很大启示和灵感，对我们的程序提出了很多有价值的建议，在此对各位老师表示感谢。

通过课程设计，我们增强了对单片机的理解，学会查寻资料﹑比较方案，学会单片机的设计﹑计算；进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决程序编写问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型程序的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强了实践能力。

由于我们的能力和水平有限，实验过程过于简陋，实验经验尚浅，错误之处在所难免，恳请老师加以纠正，以后不断学习改进！

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参考文献

[1] 江世明，黄同成等.单片机原理及应用中国铁道出版社 [2] 江世明. 单片机原理及应用实验教程中国铁道出版社

[3] 夏继强. 单片机实验与实践教程. 北京：北京航空航天大学出版社,

[4] 肖洪兵.跟我学用单片机. 北京：北京航空航天大学出版社

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致谢

这次设计成功并整理出课程设计后，我非常感谢指导的几位老师，他们的一个小小指点就给我们很大启示和灵感，对我们的程序提出了很多有价值的建议，在此对各位老师，特别是许建民老师表示感谢。

在此，我还要感谢申寿云老师这一学期来对我们的教导，传授了我们不少知识，使我们在设计时有比较坚实的专业功底。

然后就是要感谢在这过程中帮助了我很多的同学们，在我有困难的时候帮助我，不厌其烦，尽己所能，真的非常感谢我亲爱的同学们，没有他们的帮助我的课程设计不会完成的如此。

再一次衷心的感谢老师和同学们的帮助。祝老师工作愉快，万事如意！同学们学业有成，天天开心！

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