《微型計算機系統(tǒng)》課程設計基于單片機的跑馬燈設計

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1、 《微型計算機系統(tǒng)》課程設計 任務書 題目名稱：基于單片機的跑馬燈設計 專業(yè) 自動化 班 自本 132 姓名 學號 學校：青島理工大學自動化學院 指導教師： 2015年11月30日 青島理工大學自動化工程學院 課程設計任務書 課程名稱：微型計算機系統(tǒng) 設計題目：基于單片機的跑馬燈設計 系統(tǒng)硬件要求： 根據(jù)實際要求，以MCS-51單片機為核心，設計3個按鍵，每個按

2、鍵對應一個花樣，可手動顯示，即按一個按鍵，顯示一種花樣，也可以再設計一個按鍵用于連續(xù)顯示每個花樣，每個花樣顯示的時間和花樣設計者自己規(guī)定，并在論文中給定。設計控制系統(tǒng)硬件電路，編寫C語言或匯編語言程序，并用PROTEUS軟件進行實時仿真。 要求： （1）擴展接口（8255或8155),設計至少4個按鍵 （2）設計至少32個LED （3）LED顯示至少有3種花樣，可單獨顯示也可自動循環(huán)顯示 軟件設計： 1）主程序設計 2）各功能子程序設計 其他要求： 1、 每位同學獨立完成本設計。 2、依據(jù)題目要求，提出系統(tǒng)設計方案。 3、設計系統(tǒng)電路原理圖。 1、 調試系統(tǒng)硬件電

3、路、功能程序。 2、 編制課程設計報告書并裝訂成冊，報告書內容（按順序） （1）報告書封面 （2）課程設計任務書 （3）系統(tǒng)設計方案的提出、分析 （4）系統(tǒng)中典型電路的分析 （5）系統(tǒng)軟件結構框圖 （6）系統(tǒng)電路原理圖 （7）源程序 （8）課設字數(shù)不少于3000字 成績 評語 目錄 第一節(jié)AT89C51芯片分析………………………………………………………I 第二節(jié)設計概述………………………………………………………………3 第三節(jié) 算法………………………………………………………………..…5 第四節(jié) 編程技巧………………………………………

4、…………………………7 第五節(jié) 電路設計及功能說明，硬件原理框圖及電路圖(包括接口芯片簡介).8 第六節(jié) 調試過程中的主要難點(自己遇到的)及解決思路和辦法；………….8 課設結果及分析、收獲、體會和建議；………………………………………….9 參考文獻…………………………………………………………………………10 附錄1………………………………………………………………………………11 附錄2………………………………………………………………………………12 第一節(jié)AT8

5、9C51芯片分析 ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51的芯片引腳圖如下： 各引腳的說明和功能分析如下：VCC：供電電壓。GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編 程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電

6、阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址

7、數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入0

8、7H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)， ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

9、另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸

10、出。 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電

11、模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 第二節(jié)設計概述 本程序設計意在展示跑馬燈的色彩樣式及“跑馬”變換效果，如果將跑馬燈做大，會有很高的觀賞價值。通過對一些相關書籍資料的查閱及網(wǎng)上各種作品和代碼的瀏覽，對各種實現(xiàn)代碼的比較和優(yōu)化，總結出本程序，以較優(yōu)秀的代碼實現(xiàn)各種可控的“跑馬燈”功能。 硬件系統(tǒng)部分包括顯示部分、按鍵控制部分和控制芯片。系統(tǒng)框圖如下： 第三節(jié) 算法 編譯兩個函數(shù)，分別是voiddisplay()函

12、數(shù)和voiddelay()函數(shù)，前者是LED顯示函數(shù)，后者是延時函數(shù)。 程序的開始，先定義各個參數(shù)、各口的地址以及各個位。 主函數(shù)中，定義y1、y2分別為PA口PB口的相應地址，控制各個LED燈的亮滅；m為顯示函數(shù)voiddisplay()中for循環(huán)的個數(shù)，控制LED燈亮滅循環(huán)；k1、k2分別為PA口PB口地址轉移的個數(shù)，控制PA口PB口地址轉移的方式；t為延遲的參數(shù)，順、跳兩模式定義不同的k值和m值。然后定義CPU的各個狀態(tài)，使其正常工作。在順序顯示中，先進入while(1)循環(huán)，循環(huán)中兩判斷條件if(P1==0xfd)，令k1=1，實現(xiàn)順顯示，和if(P1==0xfb)，令k2=2實

13、現(xiàn)跳顯示。根據(jù)條件進入相應模式，各有一個LED燈亮、兩個LED燈亮、四個LED燈亮、八個LED燈亮，和一個LED燈、兩個LED燈、四個LED燈間隔亮 顯示函數(shù)voiddisplay()中，兩個for循環(huán)分別控制PA口PB口LED燈的循環(huán)模式，其中n為for循環(huán)的次數(shù)。先定義PA口PB口的首地址outdata1、outdata2進入循環(huán)，函數(shù)_cror_和_crol_控制他們地址不同的轉移方式，k為其中的轉移的個數(shù)。t為延遲函數(shù)的參數(shù)，控制亮滅延遲的時間。 延遲函數(shù)voiddelay()中，t為延遲的參數(shù)，控制程序中所需的延遲時間。程序中各個參數(shù)之間都一一對應，根據(jù)要求相互呼應。通過控制這些

14、參數(shù)的量值來實現(xiàn)硬件仿真中多種跑馬燈的運行模式。 第四節(jié) 編程技巧 設計中，我將與PA相連的LED燈順序排列，與PB相連的逆序排列，要注意兩組初始值并不相同，明確參數(shù)間的關系，多個參數(shù)組合使用，實現(xiàn)跑馬燈的多種運行方式。 第五節(jié) 電路設計及功能說明，硬件原理框圖及電路圖(包括接口芯片簡介)； 本次設計采用AT89C52芯片驅動可編程接口芯片8155的擴展來實現(xiàn)LED燈的多種顯示方式。讓AT89C52芯片的P0口與8155芯片的三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線D0～D7連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。當CPU執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。8155的地址選

15、擇線A1、A0分別與AT89C52的P2.7和P2.6連接，通過定義不同的地址來定義8155芯片PA口和PB口的工作方式。讀寫命令線分別與單片機的讀寫命令線相連，片選線直接接地，復位線RESET接單片機的P2.5。同時PA口與8個LED燈順序連接。PB口與8個LED燈逆序連接，通過按鍵控制可以選擇不同的運行模式，實現(xiàn)多種跑馬燈的運行模式。 第六節(jié) 調試過程中的主要難點(自己遇到的)及解決思路和辦法； 設計中與PA口連接的LED燈是順序依次亮，與PB口連接的LED燈是逆序依次亮，要注意PA初始狀態(tài)分別是fe、fc、f0、00，PB初始狀態(tài)分別是7f、3f、0f、00。 其次PB口跳躍

16、亮，所以k2初始值為2。 課設結果及分析、收獲、體會和建議； 通過此次為期兩周的課程設計，我加深了對單片機以及C語言的認識和理解，使各部分的知識得到了進一步的鞏固。將平時學的理論知識真正應用到實際中，實現(xiàn)了學與用相結合，應用單片機這一開發(fā)環(huán)境，軟硬件結合來達到設計一實物的目的。同時還了解了兩個專業(yè)軟件：KEILC和PROTEUS仿真軟件，現(xiàn)在基本熟悉了他們的應用與相關知識。 此次課程設計，關鍵的是整個課設過程，這中間有著我們的辛勤勞動和認真的思考，過程有些枯燥，但卻十分有意義。仿真和程序的編寫都會遇到很多問題，但我們保持耐心，認真對待，問題終會解決。整個過程認真堅持下來，你會收獲很多，體

17、會很多，不管是對以后的學習，還是對我們的自身本事的鍛煉，這些都是我們非常寶貴的財富。 課設過程中遇到的苦難，通過對設計的認真分析以及與同學們的討論，找到了其中的出錯點，將其改正，每個問題都這樣一一改正，整個課設完成的十分成功。 此次課設還鍛煉了我們的動手能力，開闊了我們的思維境界，使我們的知識更豐富，不僅加深了我們對所學專業(yè)的認識，更增加了我們對所學專業(yè)的興趣！ 參考文獻 1C語言程序設計教程張敏霞，孫麗鳳主編北京：電子工業(yè)出版社，2007.3 2單片機原理及接口技術胡

18、漢才主編北京：清華大學出版社，2010.5 3 模擬電路課本 4 數(shù)字電路課本 附錄1 附錄2 #include #include #defineucharunsignedchar #definePAXBYTE[0x00] #definePBXBYTE[0x01] #definePCXBYTE[0x02] #defineCOMXBYTE[0x03] sbitk1=P1^0; s

19、bitk2=P1^1; sbitk3=P1^2; sbitk4=P1^3; ucharcodelie[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; ucharcodehangk0[8]={0x00,0xc3,0xc3,0xff,0xff,0xc3,0xc3,0x00}; ucharcodehangk1[8]={0x1e,0x21,0x42,0x84,0x84,0x42,0x21,0x1e}; ucharcodehangk2[8]={0x00,0x00,0x7f,0x88,0x88,0x67,0x00,0x00}; unsi

20、gnedcharmode; unsignedcharkey; voidkeyscan(void); voiddelay(uchart); voidlight0(void); voidlight1(void); voidlight2(void); voidmain() { PA=0;PB=0; COM=0x80; IT0=1; EX0=1; EA=1; while(1) { switch(key) { case1:light0();break; case2:light1();break; case3:light2();break; case4

21、:light0();delay(1000);light1();delay(1000);light2();delay(1000);break; default:break; } } } voidint0(void)interrupt0 { keyscan(); } voiddelay(uchart) { uchari=0; while(t--)for(i=0;i<120;i++); } voidkeyscan(void) { if(k1==0) { delay(10); if(k1==0) { while(!k1); key=1; }

22、} if(k2==0) { delay(10); if(k2==0) { while(!k2); key=2; } } if(k3==0) { delay(10); if(k3==0) { while(!k3); key=3; } } if(k4==0) { delay(10); if(k4==0) { while(!k4); key=4; } } } voidlight0() { unsignedchara; for(a=0;a<8;a++) { PA=lie[a]; PB=hangk0[a]; delay(5); } } voidlight1() { unsignedcharx; for(x=0;x<8;x++) { PA=lie[x]; PB=hangk1[x]; delay(5); } } voidlight2() { unsignedchary; for(y=0;y<8;y++) { PA=lie[y]; PB=hangk2[y]; delay(5); } } 15