单片机实训报告

设计报告

学院电子与信息工程

课程名称单片机实训

设计题目流水灯

专业电子与信息工程师范

班级13电师

姓名房金明

学号2013045244026

指导教师钟旭

时间2015.6.13

一、目的和作用

微型计算机（Microcomputer）简称微机，是计算机的一个重要分支。人们通常按照计算机的体积、性能和应用范围等条件，将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。微型计算机不但具有其他计算机快速、精确、程序控制等特点，而且还具有体积小、重量轻、功耗低、价格便宜等优点。个人计算机简称PC（Personal Computer），是微型计算机中应用最广泛的一种，也是近年来计算机领域中发展最快的一个分支。PC在性能和价格方面适合个人用户购买和使用，目前，它已经像普通家电一样深入到了家庭和社会生活的各个方面。而单片机又是PC的一个分支，随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，单片机的应用越来越广泛，并逐渐成为一门关键的技术学科。

单片机实际上是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，如CPU、RAM、ROM、I/O接口电路，定时/计数器等都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机，可以实现微型计算机的基本功能。单片机实质上是一个芯片，在实际应用中，通常很少将单片机和被控对象直接进行电气连接，而必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。单片机具有一些突出的优点：体积小，重量轻，耗电少，电源单一，功能强，价格低，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高，所以在通信、家电、工业控制、仪器仪表、汽车等产品中都可以看到单片机的身影。

流水灯在现代社会中就有广泛的应用，大型电子广告牌、霓虹灯、指示牌和工业控制的控制面板等都有流水灯的应用。而且基于单片机的流水灯的控制系统利用了单片机的内部资源，如定时器、I/O口和寄存器等，完成了单片机系统开发的基本流程，因此具有典型的代表意义，是学习和开发单片机的基本实验之一。

二、设计要求

开发单片机最小系统，即通过对STC89C51写程序控制LED亮灭，形成花样流水灯，主要包括电源部分、控制电路部分，显示部分，软件程序部分等。

三、系统设计

1 硬件设计

(1)时钟电路

时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的，89C51的时钟信号可以由两种方式产生：一种

是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方式、时钟信号由外部引入。

本设计应用的是89C51的内部时钟方式，其内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTL1和XTL2分别为此放大器的输入端和输出端，该放大器与做为反馈元件的晶振共同构成自激振荡器。如图（1）所示：

本电路采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHZ，电容选择33pu，电容的大小起频率微调的作用。

(2)复位电路

单片机中有多种复位电路，本系统采用电平式复位与上电复位方式，如图（2）所示：

当上电时C5相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位键是单片机复位。

（3）显示电路部分

显示部分主要是由32个LED组成并且摆成梦字形状，32个LED正极接在一起

然后接入5V,负极则分别接入89C51的P0.0——P3.7口，如图

2. 软件设计

32个LED 全亮

32个LED

全灭

梦字上半 部分亮

梦字按照笔画 逐个单独亮

32个LED 全亮

32个LED 全灭

梦字下半 部分亮

梦字上半 部分亮

梦字下半

部分亮

梦字按照笔画 逐个亮

梦字按照笔画亮

四、调试方法及步骤

1.硬件调试

我们在硬件电路的制作和调试中发现并解决了很多问题：（1）由于过于考虑电路板布局的美观，导致增加了焊接时布线的困难，最终我们通过改变元件位置合理布线解决了这个问题；（2）单片机引脚非常紧凑，使焊点不容易固定，容易查错引脚，这就锻炼了我们的细心；容易造成多点短路或虚焊，因此我们又降低烙铁的温度，用吸焊器吸除了多余的焊锡；（3）刚开始插件时没有注意电解电容、LED等有极性元件的正负，最后用万用表测量它们的阻值和电压才找到接反的元件；（4）刚开始布局元器件是没有充分考虑到以后维修的问题，把时钟电路位置摆放的不合理，最终我们请教老师重新设计时钟电路的位置；（5）焊接过久，导致元器件损坏，主要是不够熟练；（6）电路板不够简洁、条理，焊接不够熟练；（7）由于对元器件使用量计算不准确，导致最后元器件不够，我们只好放弃了一些功能的实现。（8）焊接过程中，由于忘记把31脚接VCC，导致最后不能实现LED的循环，最后在检查电路对照电路图后又焊接上了31脚。

因此，我们在焊接和后续调试过程并没有想象中的顺利。但最终经过我们一遍一遍的调试，终于制作出了一块基本合格的电路板。

2.软件调试

本设计的程序我们是通过MeWin进行的编译，我们在软件调试中遇到的问题远远要比硬件电路中问题多，解决的难度也大：（1）程序在检测时没有问题，但在仿真中不能执行，原因是延时子程序漏写了一条指令；（2）编译好的程序不能正常执行，原因是我们硬件中LED和数码管是词用的共阳极接法，但给单片机编译的却是共阴极接法的程序；（3）循环程序总是进入死循环，原因是循环标号放置不对；（4）我们编译的程序冗长繁琐，最后我们进行了优化程序，改写了一些地方，才使程序比较条理简洁；（5）中断程序掌握不熟练，不能实现这一功能，因此我们通过临时补课和网上查阅、请教老师才写出了这段程序。

五、结果与讨论

在本次设计的过程中，我们发现很多的问题，遇到了很多麻烦，有的问题其实很简单，主要是对知识的掌握程度不够，扩展知识欠缺，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，并且应该多读一些课外的文献，只靠书本上的知识远远不够。更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，用实践巩固理论，用理论优化实践，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助。

在焊接过程中，我们意识到细心和严谨的精神是必不可少，在焊接电路和调试硬件中不自觉地得到了锻炼。

通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高！也提醒我们，只有通过团队合作才能制作出优秀的设计，闭门造车不会取得实质性的成功。此次课程设计，我们也学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。

经过这些天的设计制作，在老师的悉心指导和同学们的热情帮助下，我们终于完成了这次的设计，同时也增加了我们以后学习的信心和热情。再次感谢在这次设计中帮助我们的指导老师和同学！

六、参考文献

[1] 康华光等.电子技术基础-模拟部分.高等教育出版社，2009,12(5)

[2]郭天祥.51单片机C语言教程.电子工业出版社,2009,12

[3]薛楠.Protel DXP 2004 原理图与PCB设计实用教程.机械工业出版社,2013,1(1)

附录（程序清单）

#include

#include

unsigned char LED_Data[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

void delay2ms(unsigned int num); //延时函数，num个2ms

void LED_ON_All(void); //所有LED灯全亮

void LED_OFF_All(void); //所有LED灯全灭

void LED_ON_Up_OFF_Down(void); //LED上面部分亮，下面部分灭

void LED_ON_Down_OFF_Up(void); //LED上面部分灭，下面部分亮

void LED_paomadeng_LightOn(void); //LED跑马灯模式亮

void LED_liushui_LightOnAdd(void); //LED流水灯逐个增加亮

void LED_bihua_LightOnAdd(void); //LED笔画亮

void main()

{

unsigned char i = 0;

while(1)

{

for(i=0;i<3;i++)

{

LED_ON_All();

delay2ms(200);

LED_OFF_All();

delay2ms(200);

}

for(i=0;i<3;i++)

{

LED_ON_Up_OFF_Down();

delay2ms(200);

LED_ON_Down_OFF_Up();

delay2ms(200);

}

LED_paomadeng_LightOn();

LED_liushui_LightOnAdd();

LED_bihua_LightOnAdd();

}

}

void delay2ms(unsigned int num)

{

unsigned char a,b;

unsigned int i = 0;

for(i=0;i

for(b=4;b>0;b--)

for(a=248;a>0;a--);

_nop_(); //if Keil,require use intrins.h

}

void LED_ON_All(void) //所有LED灯全亮

{

P0 = 0x00;

P1 = 0x00;

P2 = 0x00;

P3 = 0x00;

}

void LED_OFF_All(void) //所有LED灯全灭

{

P0 = 0xff;

P1 = 0xff;

P2 = 0xff;

P3 = 0xff;

}

void LED_ON_Up_OFF_Down(void) //LED上面部分亮，下面部分灭{

LED_OFF_All();

P0 = 0x00;

P1 = 0x00;

P2 = 0xc0;

P3 = 0xff;

}

void LED_ON_Down_OFF_Up(void) //LED上面部分灭，下面部分亮{

LED_OFF_All();

P0 = 0xff;

P1 = 0xff;

P2 = 0x3f;

P3 = 0x00;

}

void LED_paomadeng_LightOn(void) //LED跑马灯模式亮

{

unsigned char i = 0;

LED_OFF_All();

for(i=0;i<8;i++)

{

P0 = LED_Data[i];

delay2ms(100);

}

P0 = 0xff;

for(i=0;i<8;i++)

{

P1 = LED_Data[i];

delay2ms(100);

}

P1 = 0xff;

for(i=0;i<8;i++)

{

P2 = LED_Data[i];

delay2ms(100);

}

P2 = 0xff;

for(i=0;i<8;i++)

{

P3 = LED_Data[i];

delay2ms(100);

}

P3 = 0xff;

}

void LED_liushui_LightOnAdd(void) //LED流水灯逐个增加亮{

unsigned char i = 0;

LED_OFF_All();

for(i=0;i<8;i++)

{

P0 = P0&LED_Data[i];

delay2ms(100);

}

for(i=0;i<8;i++)

{

P1 = P1&LED_Data[i];

delay2ms(100);

}

for(i=0;i<8;i++)

{

P2 = P2&LED_Data[i];

delay2ms(100);

}

for(i=0;i<8;i++)

{

P3 = P3&LED_Data[i];

delay2ms(100);

}

}

void LED_bihua_LightOnAdd(void) //LED笔画亮{

LED_OFF_All();

//第一画

P0 = P0 & 0xf8;

delay2ms(200);

//第二画

P0 = P0 & 0x87;

delay2ms(200);

//第三画

P0 = P0 & 0x7f;

P1 = P1 & 0xfe;

delay2ms(200);

//第四画

P1 = P1 & 0xf9;

delay2ms(200);

//第五画

P1 = P1 & 0xc7;

delay2ms(200);

//第六画

P1 = P1 & 0x3f;

P2 = P2 & 0xfc;

delay2ms(200);

//第七画

P2 = P2 & 0xf3;

delay2ms(200);

//第八画

P2 = P2 & 0xcf;

delay2ms(200);

//第九画

P2 = P2 & 0x3f;

P3 = P3 & 0xfe;

delay2ms(200);

//第十画

P3 = P3 & 0x81;

delay2ms(200);

//第十一画

P3 = P3 & 0x7f;

delay2ms(200); }