《LED流水灯的制作》课例设计

项目名称：LED流水灯的制作

一、学习项目确定

项目名称：LED流水灯的的制作

二、课例背景介绍

课程目标分析:《单片机应用技术》是电子技术应用专业的一门专业主干课程，旨在通过该课程的学习，使学生举办本专业的高素质劳动者和中级技术应用性人才所必需的单片机系统的设计、装配与调试所必备的知识与技能，其课程目标主要为：

了解单片机的组成和工作原理。

能编写常见的单片机应用软件代码。

能使用单片机仿真软件进行辅助设计或仿真分析。

能依据原理图完成应用系统的实物装配。

了解单片机应用系统的开发流程。

能借助网络查找电子技术资料。

其它方面的综合职业能力如：合作、计划、沟通等能力。

项目分析：该项目是电子技术应用专业《单片机应用技术》课程的一个项目，本课例以制作LED流水灯为载体，选择AT89C51为主要元件，着重从应用角度制作一个具有一定功能的样品，涉及单片机及其外围电路设计、二极管单向导通、延时程序、数据传送指令、移位指令、转移控制指令等多个知识，要求学生会使用PROTEUS软件进行仿真调试，这些对学生职业能力的培养都会有较强的作用。同时由于该项目综合有多个知识点及较全面的能力要求，故该项目可以作为本课程一个阶段性的综合项目。

学生能力基础分析：该项目是学生在学习《单片机应用技术》的第二个入门项目。学生已经学习过电子技术基础，对半导体器件的性质、集成电路的应用有了一定的认识与了解，同时通过电子装配的实训，在动手方面也已经有一定的基础，学生自身具备完成本项目的基础条件。在第一个项目“初识单片机”的基础上但学生首次利用单片机制作一个实物电路，一定要想方设法培养他们求知的欲望和钻研的兴趣。

前期知识与技能要求：

三、学习目标设定

依据本项目的内容特点、课程标准的要求，设定如下学习目标：

四、学习任务描述（主体是“人”）

五、学习内容组织（主体是“项目”）

六、教学情境创设

1．创设项目的问题情景：如今，发光二极管（LED）广泛应用于社会生活，今天，我们的学习任务是要制作一个LED显示电路，我们需要一个什么样的信号才控制这个灯呢？

2．创设自主的学习情景：在课前的教学准备阶段，要求各学习小组通过上网查阅电路的技术资料，了解A T89C51的外形、封装、内部电路原理、各引脚作用、二极管及其驱动电路的设计。学生学会上网查阅资料对于学生的后续自主学习能力的提高有重要作用。

3．创设交流的学习情景：在电路方案的确定教学环节中，老师可以根据学生课前自主学习的情况，组织学生展示各自的学习成果，交流各小组对产品工作状态的分析及确定的电路，通过仿真软件对设计电路进行仿真测试，从而确定一个较完善与成熟的电路作为装配电路，这一设计可以提高学生的探究能力。在方案的实施环节，每个项目学生分组实施，硬件电路的设计和软件程序的编写必须由专人实施。

4．创设协作的仿真情景：在企业的装配线上，各岗位工种的工作任务不相同，但共同的目标是完成产品的生产。在本项目的学习过程中可以创设这样一个仿真企业工作的情景，每一个小组中的学生分别完成装配过程中的一道或二道工序，合作完成产品的装配，这样既培养了学生的合作意识又提高了学生的责任意识，因为每一道工序都会对最后的产品产生影响，每一个同学都要对这个产品负责。

5．创设评价的教学情景：小组评价：把各小组的产品贴上标签，各小组对其它各小组产品的装配工艺及运行结果进行打分，最后进行汇总与平均，评定质量最好的作品，并有学校收藏；小组学生自评与互评：

学生自己评价学习过程与学习成果、小组成员（长）对其它成员的工作进行评价、老师的评价按一定权重折合得各同学本次工作的学习成绩

七、教学资源准备

八、教学过程实施

教学步骤1：新项目的引入（教师讲授）

发光二极管（LED）广泛应用于社会生活。制作一个流水灯电路。要求基于软件延时，用单片机控制八个LED从左到右依次点亮，循环不断。

教学步骤2：展示学习目标（放幻灯片）

图1学习目标展现

教学步骤3：指出本项目的学习过程（放幻灯片）

图2 项目学习过程

教学步骤4：分析项目控制要求（教师引领，学生分析）

1、任务要求介绍：设计制作基于软件延时的循环彩灯控制器

2．任务要求分析：用单片机控制八个LED从左到右依次点亮，循环不断。

教学步骤5：根据项目控制任务，设计仿真电路（图3）

1、元件清单

表6

图3 仿真电路

单片机共有四组输入输出口共计32个引脚，每组8个，可以用来接常见的输入设备如按钮、键盘和输

出设备如发光二极管、数码管等。

P1口在我们这个试验中扮演着重要的角色，从图上可知，发光二极管是由P1口驱动的，

p1口的输出级是漏级开路的的形式，所以它应该外接上拉电阻以限制电流。

教学步骤6：根据项目控制任务，学习相关指令和知识点。（教师讲授，学生分析、回答、

解决问题）

单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能

看到流水灯循环点亮的现象，我们还需要告诉单片机怎么来进行工作，即编写程序控制单片机

管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的一亮一灭。软件编程是单片机应用系统中的一个重

要的组成部分，是单片机学习的重点和难点。下面我们以最简单的LED灯控制功能来介绍几种

软件编程方法。

任务一单灯亮灭

如何实现灯的亮灭？

位操作指令

SETB P1.0 CLR P1.0 如果要让接在P1.0口的LED1亮起来，根据发光二极管的单向导电性可知，只要把P1.0口的电

平变为低电平就可以了；

相反，如果要接在P1.0口的LED1熄灭，就要把P1.0口的电平变为高电平；

同理，接在P1.1～P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。

如果要使同时接在P1口的八盏灯亮，可以逐条使用上述语句，但这样太麻烦了，有没有好一点

的方法呢？可以采用如下指令

MOV P0,#FFH

结合Proteus单片机仿真软件观察现象，重点观察输出端电平状态的变化对灯状态的影响（红点为高电平，蓝点为低电平）

任务二单灯闪烁

在单片机的实时系统中，常常用到延时操作。实现延时方法有两种：硬件延时和软件延时。硬件延时是利用单片机的定时∕计数器功能来实现，不影响CPU效率，延时精确。本任务主要介绍软件延时，其基本原理是让计算机重复执行一些无实际意义的指令，从而达到延时目的。延时功能可以通过编写延时子程序实现。该子程序模块相对固定，适合于精确程度和效率要求不高的一些场合，可以在一个程序中被反复调用，只需稍稍修改一些参数值也可实现不同时间的延时。

上面刚才讲的程序虽然在理论上可以让灯闪烁一次，但在实际操作中你是看不到的，因为计算机的运算速度实在是太快了（作为单片机的指令的执行的时间是很短，数量一般为微秒级），你的肉眼是看不出来这个灯眨了一下眼睛，所以我们还必须想办法插入延时程序,让亮灭的状态再持续一段时间。

延时程序是如何设计呢？下面具体介绍其原理：

机器周期，就是机器访问一次存储器所用的时间；

晶振周期，就是机器周期的来源，振荡源的周期，一个机器周期包括12个晶振周期；若按一个12M的晶振，T=1/f，晶振周期T＝1/12μs，所以一个机器周期是1μs 指令周期：单片机执行一条指令需要的时间。一个指令周期通常含有1～4个机器周期。各指令的机器周期数请参阅附录A，例如MOV为单周期指令， DJNZ为双周期指令。

如果要求的闪烁时间间隔为0.2秒,流程图如下

模块一：一秒延时子程序

DELAY1S: MOV R5,#20

D1: MOV R6,#20

D2: MOV R7,#248

DJNZ R7,$

DJNZ R6,D2

DJNZ R5,D1

RET

图4

DJNZ为减1不为零指令。

此程序采用三重循环结构，先运行第5行代码操作，每次减1，直到R7 减到0为止。再运行第六行代码对进行减1操作，若不为0则转移到标号 D1 处运行，此时将 R6 赋值再次进行减法内循环。当R6 减为0时，程序运行到第7行转到标号 D1 处开始外循环。执行的次数为R7,R6,R5的乘积，如R7=50,R6=100,R5=100

总延时时间为2μs×R7×R6×R5= 2μs×50×100×100=1S

说明：

1.模块中R7,R6,R5为通用寄存器，取值范围为1～255

2.可以改变循环嵌套的层数来实现更长或更短时间的延时

3.可以通过在调用前单独对外层循环计数器赋值来实现多种延时时间。

任务三亮点循环移动

RL A

这条指令的功能是：把累加器a中的内容向左移动一位，最高位的内容A7被移动到最低位A0，

图示如下：

顺便说一下累加器a，它是单片机中的最常用的寄存器，大部分单操作数的指令都以a作为操作对象（例如rl a）；也有很多双操作数指令的一个操作数取自a（例如mov a,#00h）；还有加、减、乘、除等算数指令的运算结果也经常保留在a中，或者ab寄存器对中。

所以我们的程序就可以这样来实现啦：首先给a赋值，再输出到p0；实现流水灯效果然后延时；接下来把a中的数进行左移。然后重复上面的过程就可以实现流水灯效果啦。

教学步骤7：用汇编语言编程并编译

可以利用KEIL软件实现（具体看项目一中的任务三）也可用Proteus自带编译功能实现。

LED亮点循环左移的源程序代码如下：

ORG 0000H

MOV A,#0FEH

LOOP: MOV P0,A

LCALL DELAY

RL A

AJMP LOOP

DELAY: MOV R6,#02H

DEL1: MOV R5,#0FFH

DEL2: DJNZ R5,DEL2

DJNZ R6,DEL1

RET

END

首先在源文件菜单下选择添加删除源代码，出现如图所示对话框，选择目标处理器和代码生成工具如图所示。并新建或选择源文件并编辑（注意：加后缀名为ASM）。然后在同一菜单下选择“全部编译”。若编译通过会自动生成后缀名为HEX格式的文件。

图5

教学步骤8：仿真电路模拟调试

Proteus 软件中绘制仿真电路，然后双击单片机芯片，将生成的HEX格式的文件加载，最后按左下方的开始按钮即可运行仿真，查看实验效果。

图5

教学步骤9：搭建实物电路

仿真验证通过后，我们就可以搭建实物电路

教学步骤10：下载程序并烧录到AT89C51芯片中

可以用USB单片机编程器下载程序

Easy 51Pro.exe软件使用

程序启动后，会自动检测硬件及连接，状态框中显示“就绪”字样，表示编程器连接和设置均正常。否则请检查硬件连接和端口设置。

把单片机芯片正确地放到编程器的相应插座上，注意，芯片的缺口要朝向插座的把手方向。

芯片放好后，就可以对芯片进行读写操作了，读写操作按下面的步骤进行：

1、程序运行，请先选择器件（点下选框）

2、用“打开文件”选择打开要编写的.HEX和BIN文件

3、用“保存文件”可以保存读出来的文件

4、用“擦除器件”擦除芯片

5、用“写器件”编程

6、用“读器件”读取芯片中的程序，加密的读不出来

7、用“校验数据”检查编程的正确与否

8、用“自动完成”自动执行以上各步骤

9、用“加密”选择加密的级数

10、如果只需要烧写程序到单片机上，在第一步打开文件以后可以直接按下“自动完成”，程序会自动执行插除、写器件、检验数据等操作，同时还可以自定义热键，实现热键操作，方便快捷。

教学步骤11：对学生所完成的项目进行质量评价，具体评价方式如下表。

（学生操作，教师评分）

教学步骤12：拓展与提高

1、用单片机控制八个LED同时不断闪烁，每次亮1秒，暗1秒。

2、用单片机控制八个LED同时不断闪烁，每次亮0.5秒，暗1.5秒，反复闪烁20次后熄灭。

3、用单片机控制八个LED同时不断闪烁，每次亮0.5秒，暗1.5秒，反复闪烁10次后亮在那里。

项目教学过程性评价表