(完整版)通信专业基于单片机的七彩心形流水灯毕业设计论文
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青岛农业大学
毕业论文（设计）
题目：心形环绕流水灯系统的设计与实现姓名：曹俊见
学院：理学与信息科学学院
专业：通信工程
班级：10级1班
指导教师：刘太联
2014 年 6 月 1 日
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心形环绕流水灯系统的设计与实现
中文摘要：20世纪70年代，单片机应军事及工业装备的控制需求而问世，目前单片机在智能仪器仪表、家用电器、军事装置、实时工业控制等诸多领域应用广泛，结合单片机技术设计的电子电路也是不断推陈出新。在一个系统中，单片机作为一个核心部件还要根据具体硬件结构，再使用相应的软件设计，软硬件相结合，使硬件在软件的控制下协调运作，才能使一个电子电路设计更加完善。本论文基于单片机技术与单片机芯片STC89C52芯片功能，对心形流水灯系统进行理论设计，运用相关的软件以及C语言编程，通过控制LED灯的通断，来实现流水灯的多种亮与灭的循环，使流水灯的变化形式丰富多彩，给人带来美感。本文进一步学习和掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程，从而巩固单片机、模拟电子线路及数字电子线路的理论知识，来提高实践技能。
关键字：心形环绕LED流水灯；相关软件；STC89C52单片机；C语言
The design and implementation of the 1970s,the Single-chip computer generated in military and industrial controal requirements,at present the single chip microcomputer is widely used in intelligent in strumentsmeters, is constantly updating.In a system,as a core component the single chip microcomputer based on the use the related softwarebined with operate under the control of software.This can make the electronic circuits more complete. This paper is based on single chip mircocomputer technology and the function of the STC89S52Chip to design the theory of the bring aesthetic feeling to the person .Through this article,we can master the general method of electronic circuit, know the development of the electronic knowledge ,and I can improve practical skills an innovation ability.
Key words：LED light water ；related software；STC89C52 chip；C programming language
目录
1绪论 (1)
1.1 设计目的及意义 (1)
1.2 国内外市场研究概括 (1)
2系统总体方案设计 (2)
2.1总体设计目标 (2)
2.2总体设计组成框图 (2)
2.3方案选择与比较 (3)
3相关软硬件功能介绍 (4)
3.1单片机介绍及应用 (4)
3.2 STC89C52芯片功能简介 (4)
3.4 keil软件功能简介 (7)
4软件程序设计部分 (8)
4.1系统程序流程图 (8)
5硬件设计部分 (9)
5.1 Protel DXP电路板的设计 (9)
5.2所用元器件清单 (11)
5.3 单片机最小系统 (12)
5.4心形流水灯的效果图 (13)
6系统调试部分 (14)
6.1 Keil的调试部分 (14)
6.2 程序下载部分 ................................................................................ 错误！未定义书签。7电路板的制作及调试 .......................................................... 错误！未定义书签。
7.1 设计步骤及方法 ............................................................................ 错误！未定义书签。
7.2 电路板焊接过程中的注意事项 .................................................... 错误！未定义书签。
7.3 电路板调试及遇到问题的解决方案 ............................................ 错误！未定义书签。8总结....................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献.................................................................................. 错误！未定义书签。致谢.......................................................................................... 错误！未定义书签。
1绪论
1.1 设计目的及意义
随着现代科学技术的持续进步和发展和人们生活水平的不断提高，以大规模、超大规模集成电路为首的电子工艺技术的使用也越来越广泛，在日常生活中
也普遍常见，结合单片机技术设计的电子电路也层出不穷，像是基于单片机技术设计的LED流水灯，也越来越满足商业空间的需求，LED灯的优点主要体现在高节能、绿色环保、无辐射、使用寿命长等，在商店、酒吧、歌厅、舞台等许多场所正是由于装饰LED彩灯来照明，来展示店铺主题形象，塑造空间光形象，从而使消费者产生共鸣和联想，来建立情感交流，来吸引和引导消费者的目光。
本文在结合单片机的基础上设计了心形环绕流水灯，心形环绕流水灯是结合单片机芯片的功能和一些原理，运用C语言来实现心形环绕流水灯的不同闪烁方式，在由慢到快，再由快到慢的循环往复变化中，给人带来美感。这篇文章主要讲述从方案设计到焊电路板的几个阶段，同时讲述了我怎样去分析解决问题的，也着重介绍了我所用到的相关软件、STC89C52芯片功能以及硬件软件的设计，并附有设计电路图、PCB仿真图、和实物效果图等。
1.2 国内外市场研究概括
LED流水灯在国外，尤其是欧洲市场，由于人们的环保节能意识比较强，LED灯的销售和供应业比较强，因此技术发展得比较早，种类也十分齐全，其功能也比较完善。在国内，由于近几年来，社会发展的不断加快，
生活水平的不断提高，人们对LED灯的消费需求也变得越来越供不应求，因此国内设计和销售LED流水灯的厂商比比皆是，像是深圳鼎立、深圳邦贝尔、上海来源等，但是所选的芯片都比较杂乱，由于近两年厂家数量的增多，整个行业价格竞争日益加剧。
21世纪社会发展日新月异，LED灯作为一种新型环保的绿色能源，必然成为新型光源必将成为未来社会发展的趋势，其技术工艺也随着竞争的加剧而日益成熟，但是质量有所下降，由于普及速度的加快，可见其具有广阔的市场与发展前景，研究并设计LED流水灯的电子工艺设计也日益增多。
2系统总体方案设计
2.1总体设计目标
结合C语言编程，使心形环绕LED流水灯实现42种不同形式的闪烁功能，由快到慢，再由慢到快，在循环往复不断的变化中，给人带来美的体验。
2.2总体设计组成框图
图2-1总体设计框图
2.3方案选择与比较
2.3.1单片机芯片模块的比较与选择
主控制器芯片主要是负责控制LED灯的不同变化速度快慢以及变化效果。主控制器作为整个系统的控制核心部分，要求其功耗低、数据转换速率快。
方案一：采用STC89C52单片机系统。STC89C52单片机是一种低耗、可编程、高性能8位微控制处理器，其内部包括微处理器、具有8K在系统可编程Flash存储器、看门狗定时器、输入输出口、中断系统等，其具有价格低廉、技术成熟、操作简单等特点，满足本系统的要求。
方案二：选择TI公司生产的MSP430F149系列单片机系统。此款单片机具有低电压、超低功耗的特点，工作电压在 3.6-1.8V之间，具有强大的功能和高效的运算处理能力。
方案选择：由于STC89C52价格便宜，支持在线下载程序而且编程简单而MSP430F149系列单片机的功能已经远远高于我们本系统，操作不便，综合考虑，我们选择方案一。
1.3.2 LED灯控制方式比较与选择
方案一：选用单片机IO口一对一直接控制LED灯，正好控制32个LED灯。
方案二：采用74HC573锁存器控制LED灯，当运用两片74HC573锁存器就可以控制32个LED灯只占用的单片机的10个IO口，这样就减少的IO口的数量。
为了操作方便，减少复杂的步骤，我们采取方案一。
3相关软硬件功能介绍
3.1单片机介绍及应用
单片机是一种集成电路芯片的微控制器，它采用了大规模集成电路技术，在一块芯片上有数据处理能力的中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM，内存）、只读存储器（ROM，硬盘）、ＩO 接口、中断系统、定时计数器和串行接口等部件。
单片机在智能仪表、军事装置、家用电器、计算机的数据传输与网络通讯、以及医用设备和一些实时工业领域等领域中使用的越来越广泛，由于常被藏在设备的内部，所以这是一种被称为嵌入式的设计理念，多起到控制和测量的作用，这些机械装置一旦用上了单片机，都会被冠以“智能型、微电脑控制等标志，这些产品都会产生升级换代的效果。
基于单片机技术的系统开发过程主要包括程序编写（编译）、仿真调试、烧写（烧录、固化、下载）、硬件电路设计、等过程。程序的编译多采用Keil软件运行和调试，以生成所需要的Hex文件，原理图的绘制过程多采用Protel DXP和Protel 99SE等软件，将所生成Hex格式的二进制烧写文件程序下载到单片机芯片中。
3.2 STC89C52芯片功能简介
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能的微控制器，具有8K 在系统可编程Flash存储器，其具有传统51单片机不具备的功能，使用经典的MCS-51内核，做了很多的改进，在单芯片上具有系统可编程的Flash,
拥有灵巧的8位CPU，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统处理的更为高效、灵活，STC89C 52具有以下标准功能：4个外部中断、全双工串行口、一个7向量4级中断结构、3个16位定时器计数器、8K字节Flash、512字节RAM（随机存储器）、看门狗定时器，其12周期和6周期可以任意选择，其工作电压在3V-5.5V之间，工作频率在0-40MHZ,实际工作频率可达48MHZ。
其封装的管脚图如图3-1所示。
图3-1 STC89C52 芯片管脚图
下面介绍以下芯片管脚的一些功能：
（1）输入输出引脚（P0口、P1口、P2口、P3口）
P0口（P0.0-P0.7,共8条引脚，即39-32脚）一般IO口引脚或数据低位地址总线复用引脚。
P1口（P1.0-P1.7，共8条引脚，即1—8脚）：一般IO口引脚。
P2口（P2.0-P2.7,共8条引脚，即21-28脚）：作为一般输入输出引脚。 P3口（P3.0-P3.7，共8条引脚，即10-17脚）：一般IO引脚，P3口除了作为普通IO口，还有第二功能：
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 INT0（外部中断0）
P3.3 INT1（外部中断1）
P3.4 T0（T0定时器的外部计数输入）
P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入）
P3.6 WR（外部数据存储器的写选通）
P3.7 RD（外部数据存储器的读选通）
（2）控制引脚
RESETVPD(9脚)复位信号输入引脚备用电源输入引脚。
PSEN（29脚）该脚是片外程序存储器的选通信号输出引脚。
EAVPP(31脚)外部程序存储器访问允许控制引脚片内编程电压输入引脚。
EALEPROG(30脚)地址锁存运行信号输入引脚编程脉冲输入引脚。
（3）电源引脚（GND和VCC）GND（20脚）接地，VCC（40脚）正常操作接5V电源。
（4）外接晶体引脚
单片机XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）主要用来构成单片机的时钟电路部分。时钟电路用来产生单片机工作所需的时钟信号。
3.3 protelDXP软件功能简介
Protel DXP 是一款电子线路设计的自动化软件，是Altium公司于2002年下半年推出的，除了能给用户带来了焕然一新新的感觉，使用起来也是非常方便和简单。Protel DXP融合了设计输入仿真、拓扑自动布线、PCB绘制编辑、信号完整性分析和输出等技术，其设计风格十分完美，功能也是十分齐全，采用优化的设计浏览器，为用户提供全新的设计解决方案，集成了多种工具软件，主要可以分为四大部分：
可编程逻辑门阵列（FPGA）设计系统：对于原理图和电路板设计系统来说，
是一个相对比较独立的系统，用来设计数字电路。
原理图设计系统。可以用来做电路仿真，也可以设计电路原理图。
印刷电路板设计系统。用来设计印刷电路板的，将生成相关设计文件送至工厂去加工所设计完成的电路板。这个印刷的电路板与原理图密切相关，它可以有设计好的电路原理图直接生成。
硬件描述语言（VHDL）设计系统。在该设计系统中，可以用目前流行的VHDL 语言开发可编程逻辑器件，并进行仿真分析。
Protel DXP融入了新的功能：全新的设计方法、集成元件库、增强的自动布线器、增强的同步器功能、增强的编译功能。
3.4 keil软件功能简介
C语言的编写和开发可以采用传统的VC6.0，也可以采用Keil软件，这是美国Keil Software公司开发的。它适合WindowsXP、win7等系统，具有可视化操作界面，使用方便简单，并且支持C51语言、汇编语言以及两者混合编程等多种方式的单片机设计，keilC 51在兼容标准C语言的基础上，又增加了很多与51系列单片机硬件相关的编译特性，其生成的程序代码运行的速度快，所需的存储器空间小。
KeilC51已被完全集成到一个功能强大的全新集成环境，该开发环境集成了文件编译处理、编译链接、项目管理、工具引用、和仿真软件模拟器等多种那功能。
Keil C51软件具有丰富的库函数，同时也带有功能强大的集成开发调试工具，可以自动识别用汇编语言或者C语言编写的程序的语法错误；编译效率也极高，能将上述两类源文件编译为二进制机器语言代码，其软件调试仿真功能也很强大，能通过单步、设置断点等功能让编程者了解CPU 正在进行的那条程序，并能监控各变量以及各寄存器是否符合编程者的要
求。
4软件程序设计部分
4.1系统程序流程图
本设计采用C语言编程，C语言功能丰富、表达能力强、通俗易懂，不仅具有高级语言的特点，也兼有低级语言的特点，与汇编语言相比更容易被广大读者所理解。本程序的设计先定义子函数，然后执行主函数，判断是否可以执行程序，因为判断是正确的，所以只要接上电源，程序就循环执行，再调用子函数执行程序，其设计流程图4-1所示。
是
是否
图 4-1 程序设计流程图
5硬件设计部分
5.1 Protel DXP电路板的设计
电路板图的设计主要分为两大部分：原理图设计部分和电路板图设计部分（1）原理图设计
1）原理图设计环境设置
绘制原理图之前要先对设计环境进行设置，以使设计环境适合自己的设计习惯及设计要求。主要包括图纸设计大小、捕捉的栅格、电气自动捕捉栅格等。
2）放置元件
载入元件库后，从元件库中选择所需元件，放置在图纸上，并修改元件属性。
3）原理图布线
利用工具栏中的工具连接各元件的引脚，主要的连接方法包括导线和总线。
对绘制好的原理图进行电气规则检查，对原理图进行编译、查找并修正错误。根据需要生成各种不同的报表，其中有网络表、元件报表等。其原理图5-1所示。
图5-1电路设计原理框图
（2）电路板图设计
1）定义电路板
定义电路板主要包括电路板设计环境的设置和电路板边框的定义。只有
先定义了电路板才能放置元件封装和铜膜线等主要设计对象，否则无法进行后续工作。
2）调入网络表
由绘制好的原理图载入网络表文件，即将在原理图中的各元件及元件之间的关系载入到电路板图中，为后续工作做准备。
3）元件布局、布线
将载入的元件封装根据所需在电路板范围内排列好位置。对电路板进行布局和布线设计规则的设置，然后进行布线。最后再利用DRC（设计规则检查）检查整个电路板。
其生成的PCB电路板图如下：
图 5-2 PCB电路板图
5.2所用元器件清单
表5-1 所用元器件清单
元器件名数量（个）元器件名数量（个）发光二极管32 导线 2
电阻33 排针 2
电容 3 DIP40插座 1
晶振 1 电池 3
5.3 单片机最小系统
下面介绍的单片机的最小系统如图5-3所示。