多功能流水灯设计设计说明
多功能流水灯设计设计说明
黄河科技学院毕业设计说明书第21页
1 绪论
1.1 课题背景及目的
今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，数字逻辑电路的发展也日趋迅速，通常流水灯的设计会选择单片机编程，虽然单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，但是，选择单片机更大的增加了设计费用，并且对设计者的编程语言要求高，而在数字电路中，中规模集成电路以其功能强大、种类繁多，得到广泛应用。很多中规模集成电路都具有通用性，它的应用已不仅仅局限于其本身所具有的功能。如本文所设计的流水灯电路，就是利用中规模集成电路的功能扩展，将移位寄存器构成移存型计数器，将其输出端接到多个LED指示上。利用数字电路来控制灯的状态，并显示设计结果。其主要的电路原理：整个流水灯电路由时钟产生，流水程序控制驱动及功率控制元件电源供给电路等电路组成。
1.2 课题研究方法
常见的流水灯控制系统中，是使用微机控制，设备复杂，成本较高；另外应用单片机控制，虽然简单，但系统智能化及传输可靠性低，且对语言的编程能力要求较高，均不理想。为了提高系统可靠性、实用性，从而研究了一种基于模拟电子技术和数字电子技术的循环控制系统。这种设计不仅仅应用到流水灯的控制，也在工业生产中提高自动化循环控制得到利用。为了发光二极管形成流水效果，将电源加在555定时器中，定时发送脉冲，通过CD4017循环计数，由CD4066控制开关，使发光二极管逐个接受高电平，循环亮起，设计中，选用四种颜色的发光二极管，从而形成更好的流水效果。
1.3 基本要求设计方案
（1）设计一个彩灯控制电路，使其能够产生一个控制信号控制彩灯实现灯光变换的功能。
（2）该彩灯控制电路，在完成基本变化的基础上，可以实现彩灯的流向性，间歇性变
黄河科技学院毕业设计说明书第21页化的要求，从而使彩灯更加丰富化。
（3）给彩灯流水控制电路一个控制信号，并能够使其通过利用组合电路实现自控、手控、流向控制等全方位功能。
（4）该多功能流水灯具有定时功能。有模拟开关控制灯光的亮暗，彩灯会根据預定的要求作流向、间歇性变化，彩灯与彩灯之间亮暗间隔一定时间，从第一个彩灯开始直至最后一个，然后作重复性状态。
（5）通过利用中规模集成电路中可逆计数器和译码器实現正、逆流水功能，与此同時，根据需要使彩灯作各种各样的变化。
1.4 设计框图
根据本次设计的要求，设计流水控制的原理框图如图1.1所示。
图1.1 原理框图
直流电源用于提供相关电路的工作电源。振荡器用于产生脉冲信号推动计数译码器工作。计数译码器在推动脉冲的作用下其Q0—Q2依次循环输出高电平，开关电路受计数译码器输出的高低电平控制。高电平输出，对应的开关闭合，低电平输出，对应的开关断开。循环定时器实际上是一个低频振荡器，它输出的高低电平，用于控制自动切换电路。定时器输出高电平，自动切换电路使K1,K2处于图示状态，灯光产生的流水感
黄河科技学院毕业设计说明书第21页自左向右．定时器输出低电平,K1,K2同时改变状态，灯光产生的流水感变为自右向左。
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2 流水灯控制电路组成
2.1 555定时器
555定时器是一种应用特别广泛作用很大的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。其作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲[1]。
2.1.1 电路组成
555集成定时器的内部结构如图2.1所示，由基本RS触发器、比较器、分压器、晶体管开关和输出缓冲器五个部分组成]2[。
图2.1 555内部结构
(1)基本RS触发器
由两个与非门组成，R是专门设置的可以外部进行置0的复位端，当R=0时，使Q=0、Q=1。所以可以把555 电路等效成一个放大电开关的R-S 触发器。这个特殊
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可看成是置位端S，低电平有效。它只有一个输出端OUT，OUT可等效成触发器的Q 端。放电端（DIS）可看成由内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的Q端控制：Q=1 时DIS端接地；Q=0 时DIS 端悬空。此外这个触发器还有复位端R，控制电压端CV，电源端VCC 和接地端GND。即图2.2所示。
图2.2 555等效的R-S触发器这个特殊的R-S 触发器有两个特点：（1）两个输入端的触发电平要求一高一低：置零端R 即阀值端TH 要求高电平，而置位端S即触发端TR则要求低电平。（2）两个输入端的触发电平，也就是使它们翻转的阀值电压值也不同，当CV 端不接控制电压是，对TH（R）端来讲，> 2/3V cc是高电平1，< 2/3V cc是低电平0；而对TR（S）端来讲，> 1/3V cc是高电平1，< 1/3V cc是低电平0。其功能真值表如表2.1所示。如果在控制端CV 加上控制电压V C，这时上触发电平就变成V C值，而下触发电平则变成1/2V C。可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。
表2.1功能真值表
R TH TR OUT DIS
1 1 0 低电平
1 0 1 Q n保持
＊0 1 高电平
0 ＊＊0 低电平
(2)比较器
黄河科技学院毕业设计说明书第21页C1、C2是两个电压比较器。比较器有两个输出端，分别标有+号和-号，如果用U+和U-表示相应输入端上所加的电压，则当U+>U-时，其输出为高电平，当U+ (3)分压器 三个阻值均为5千欧姆的电阻串联起来构成分压器（555也因此而得名），为比较器C1和C2提供参考电压，C1之＋端U+=2Vcc/3，C2之－端U-=Vcc/3。如果在电压控制端CV另加控制电压，则可改变C1，C2的参考电压。工作中不使用CV端时，一般都通过一个0.01μF的电容接地，以旁路高频干扰。 (4) 晶体管开关和输出缓冲器 晶体管T D构成开关，其状态受Q端控制，当Q为0时T D截止、为1时T D导通。输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。 综上所述可知，555定时器不仅提供了一个复位电平为2Vcc/3，且可通过R端直接从外部进行置0的基本RS触发器，而且还给出了一个状态受该触发器Q端控制的晶体管开关，因此使用起来极为灵活。 2.1.2 555定时器基本功能 表2.1所示为555定时器的功能表，它全面的表示了555的基本功能。 表2.2 555基本功能表 黄河科技学院毕业设计说明书 第 21 页 0OL D R =1、TH U >2/3 V CC 、TR U >V CC /3时，C 1输出低电平、C 2输出高电平，基本RS 触 发器保持原来状态不变，因此u 0、T D 也保持原来状态不变。 R =1、TH U <2/3 V CC 、TR U u 0=u 0H 、T D 截止。 555定时器的电源电压范围较大，双极型电路V CC =4.5～16V ，输出高电平不低于 电源电压的90％，TTL 型的带拉电流和灌电流负载的能力可达200mA ；CMOS 电路V DD =3～18V ,输出高电平不低于电源电压的95％，带拉电流负载的能力为1mA ，灌电流负载的能力为3.2mA [2]。 2.1.3 脉冲产生的整形电路 在数字电路中，基本工作信号是二进制的数字信号或两状态的逻辑信号，二进制数 字信号只有0，1两种数字符号，逻辑信号0，1两种取值都具有二值特点。而获取矩形脉冲波形的途径不外乎以下两种：一种是利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲，另一种则是通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为所要求的矩形脉冲。当然，在采取整形的方案时，是以能够找到频率和幅度符合要求的一种已有电压信号为前提的。在同步时序电路中，作为时钟信号的矩形脉冲控制并且协调着整个系统的工作。因此，时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常地工作。 脉冲产生的整形电路种类很多,本设计中应用的电路属于产生矩形脉冲的多谐振荡 器,用于产生环形移位寄存器的CP 脉冲。经常应用的脉冲整形电路有:施密特触发器和单稳态触发器。这几种电路的用途很广，利用它们不只是可以方便地获取矩形脉冲。例如，多谐振荡器就经常用作产生标准频率信号和时间信号的脉冲发生器；施密特触发器除用作整形外，还可以用于电平比较和脉冲鉴幅等；从延迟和定时角度看，单稳态触发器本身就是很好的脉冲延迟环节和定时单元。其输出端送出的脉冲，一路直接送入CD4017的计数脉冲输入端{14}脚。用于产生CD4066模拟开关切换的控制信号[3]。 黄河科技学院毕业设计说明书第21页2.2 环形译码寄存器CD4017 环形移位寄存器由集成芯片CD4017实现，十进制计数／分频器CD4017]5[是一种用途非常广泛的电路。内部结构如图2.3所示，由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是00、01、02、…、09依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。 图2.3 CD4017内部结构功能框图CD4017提供了16引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4种封装方式。其引脚图如图2.4所示。同时CD4017的工作条件为：电源电压控制在3V～15V范围内，输入电压范围控制在0V～VDD内，工作温度范围：N类：55℃～125℃、E类：40℃～85℃。 图2.4 CD4017引脚图 黄河科技学院毕业设计说明书第21页CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP、C r、EN、输入端。时钟输入端口的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。EN为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。C r为高电平时，计数器清零。Johnson计数器，提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多计数链的下级脉动时钟。 CD4017引脚功能:芯片有10个译码输出Q0～Q9;MR为清零端,CP0和CP1是2个时钟输入端,三个输出端的控制：0Y1Y2Y。每个译码输出一般处于低电平,且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平;每个高电平输出维持1个时钟周期; 每输入10个时钟脉冲,输出一个进位脉冲,因而进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。在清零输入端(R)加高电平或正脉冲时,只有输出端Q0为高电平,其余各输出端都为低电平"0"。CD4017有3个控制端（MR、CP0、CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时，其输出00未高电平，其余输出端（01-09）均为低电平，CP0和CP1是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号有CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号有CP1端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。其真值表如表2.3所示。 表2.3 CD4017真值表 黄河科技学院毕业设计说明书第21页 2.3 模拟开关CD4066 近年来，便携式产品越来越多地采用多源设计，因此开关功能是视频、音频传输及处理过程中的一个重要组成部分。早期采用的机械开关具有可靠性低、体积大、功耗大等缺点，所以模拟开关已经引起了越来越多人的重视，并已被广泛应用于各种电子产品中。 尽管模拟开关具有机械开关不可取代的优势，然而它的应用较机械开关稍微复杂些，初次使用模拟开关的工程人员往往会由于模拟开关使用不当，引起整个系统的故障，本文重点将模拟开关结合实际设计应用到流水灯的控制系统的设计中[4]。 许多工程师第一次使用模拟开关，往往会把模拟开关完全等同于机械开关。其实模拟开关虽然具备开关性，但和机械开关有所不同，它本身还具有半导体特性：（1）导通电阻(R on)随输入信号(V IN)变化而变化 图2.5中（a）图是模拟开关的简单示意图，由图中可以看出模拟开关的常开常闭通道实际上是由两个对偶的N沟道MOSFET与P沟道MOSFET构成，可使信号双向传输，如果将不同V IN值所对应的P沟道MOSFET与N沟道MOSFET的导通电阻并联，可得到图2.5（b）并联结构下R on随输入电压(V IN)的变化关系，如果不考虑温度、电源电压的影响，R on随V in呈线性关系，将导致插入损耗的变化，使模拟开关将产生总谐波失真(THD)。此外，R on也受电源电压的影响，通常随着电源电压的上升而减小。 黄河科技学院毕业设计说明书第21页 （a）(b) 图2.5（a）模拟开关原理图（b）模拟开关导通 电阻与输入电压关系 （2）模拟开关输入有严格的输入信号范围 由于模拟开关是半导体器件，当输入信号过低(低于零电势)或者过高(高于电源电压)时，MOSFET处于反向偏置，当电压达到某一值时(超出限值0.3V)，此时开关无法正常工作，严重者甚至损坏。因此模拟开关在应用中，一定要注意输入信号不要超出规定电压的范围。 （3）注入电荷 应用机械开关,我们当然希望R on越低越好，因为低阻值可以降低信号的损耗。然而对于模拟开关而言，低R on并非适用于所有的应用，较低的R on需要占据较大的芯片面积，从而产生较大的输入电容，在每个开关周期其充电和放电过程会消耗更多的电流。时间常数t=RC，充电时间取决于负载电阻(R)和电容(C)，一般持续几十纳秒。这说明低R on具有更长的导通和关断时间。为此，选择模拟开关应该综合权衡R on和注入电荷。 （4）开关断开时仍会有感应信号漏出 这一特性指的是当模拟开关传输交流信号时，在断开情况下，仍然会有一部分信号通过感应由输入端传到输出端，或者由一个通道传到另一个通道。通常信号的频率越高，信号泄漏的程度越严重[5]。 （5）传输电流比较小 黄河科技学院毕业设计说明书 第 21 页 模拟开关不同于机械开关，它通常只能传输小电流，目前CMOS 工艺的模拟开关 允许连续传输的电流大多数小于500mA 。 （6） 逻辑控制端驱动电流极小 机械开关逻辑控制端的驱动电流往往都是毫安级，有时单纯靠数字I/O 很难驱动。 而模拟开关的逻辑控制端驱动电流极小，一般低于纳安级。因此，它完全可以由数字I/O 直接驱动，从而达到降低功耗、简化电路的目的。 此次流水灯控制系统的设计用到的是CD4066，其框图如图2.6所示： 图2.6 CD4066内 部结构图 R 为复位端，当R 端输入高电平时、计数器置零态。CD4017具有自动启动功能， 即在电路进入无效状态时，在计数脉冲作用下，最多经过两个时钟周期就能回到正常循环圈中，因此本控制器的CD4017未设置加电复位电路。0C 为进位输出端，当计数满10个时钟脉冲时输出一个正脉冲。CD4017有CL 和EN 两个计数输入端，CL 端为脉冲上升沿触发端，若计数脉冲从CL 端输入，则EN 端应接低电平；EN 端为脉冲下降沿触发端，若计数脉冲从EN 端输入，则CL 端应接高电平，否则禁止输入计数脉冲。取自CD4069的计数脉冲从其CL 端{14}脚输入，故EN 端{13}脚接地。0Y ～9Y 为计数器的十个输出端，输出端送出的脉冲方波加到模拟开关CD4066[5]。 黄河科技学院毕业设计说明书第21页 黄河科技学院毕业设计说明书第21页 3 流水灯控制电路的整体分析 3 .1 原理图电源部分 （1）电源电路如图3.1。 图3.1 电源部分 （2）电路中接到220V的市电网中经变压器变压后为18V电压再经整流电路，滤波电路和稳压电路后得到设计电路所需的相应直流电源。 （3）电路中C1的作用是防止电网污染，滤除电路中的高频成份。由于在整个电路传输过程中会产生高频成份会经变压器电路反馈到市电网中去，而这些高频成份会对市电网中其它用户的电器造成干扰而产生不可估计的损失，而电网中的高频成份也会对电源电路产生不良的影响。由容抗Xc＝1∕WC得知，由于C是个容值很小的固定值但角频率 很大，即高频成份经过C1时，C1相当于短路由此就滤除高频成份，当没有高频成份时C1对于50HZ的市电来说相当于开路，因而C1能有效的防止电网污染[7]。 （4）由四个二极管组成桥式整流电路见图3-1。在变压器副边电压U2的正半周内二极管VD1，VD2导通，VD3，VD4截止。在U2的负半周内二极管VD1，VD2截止，而VD3，VD4导通。因而在正负半周内都有电流流过后面的电路。桥式整流电路的波形图见图3.2. 黄河科技学院毕业设计说明书 第 21 页 U2 id1,id U0 id3,id Wt Wt Wt Wt л 2л 3л 4л 0 л 2л 3л л 2л 3л 4л 0 л 2л 3л 4л 4л 0 图3.2 桥式整流电路的波形图 ○ 1输出直流电压0U （A V ）是输出电压瞬时值U0在一个周期内的平均值 02sin U t ω= 3.1 0U （A V ）＝12π200()U d t π ω?=201sin ()U td t π ωωπ? 3.2 由（3.1.2）式说明在桥式整流电路中，负载上得到的直流电压约为变压器 副边电压有效值的90% 。如果要考虑到整流电路中的二极管正向电阻和变 压器等效内阻上的压降则输出直流电压的实际数值还要低一些。 脉动系数S 是输出电压基波的最大值c U 与其平均值() 0U AV 之比， 即 S ＝()010m Av U U 3.3 在本课题中S ＝()2U π＝0.67在此不作详细介绍。 （5）在整流电路中输出的电压含有较大的脉动成份不能直接使用， 因而我们要采取滤波的措施，使输出电压接近于理想的直流电压。在此我 们利用电容在二极管导电时储存一部分能量然后在二极管截止时再释放 出来，从而得到比较平滑的波形。波形图如图3.3所示。 在2U 的正半周，当二极管1D V ，2D V 导电时除了有一个电流0I 流向负载 外同时还有一个电流c I 向电容充电，电容电压c U 的极性为上正下负。当2 U 黄河科技学院毕业设计说明书 第 21 页 达到最大值以后开始下降，此时电容上的电压c U 将由于放电而逐渐下降。 当2C U U <时，二极管1D V ，2D V 被反向偏置因而不导电，于是c U 以一定的 时间常数按指数规律下降直到下一个半周。 当2C U U >时二极管3D V ，4D V 导通。波形如图实线所示。为了能得到 比较好的滤波效果，在实际工作中经常根据（3.1.4）式来选择滤波电容的 容量。 ()352 L T R C ≥ 3.4 其中T 为电网交流电压的周期。当滤波电容的空容值满足（3.1.4）式 可以认为输出直流电压近似为()0U Av ≈1.2U2,()352 L T R C ≥。本课题的 ()0U Av ≈1.2﹡18≈21.6V 图3.3 电容滤波 波形图 （6）在整流滤波电路中输出的直流电压和理想的电压还有相当的距离。主要存在 两方面的问题：第一当负载电流变化时，输出直流电压将随之发生变化。第二当电网电压发生波动时，由（3.1.2）式可知，整流电路的输出电压直接与变压器副边电压U2有关。因此也要相应的变化。 为了能够提供更加稳定的直流电源，需要在整流滤波电路的后面再加上稳压电路。 本课题采用的三端集成稳压器为W7800系列的。W7800系列稳压器是一种固定的正电压输出的集成芯片。在芯片的内部设有过热，过流及调整管安全工作区保护电路，因而电路使用安全可靠。 由于本电路555内部的比较器灵敏度高，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影 响。在现场，由于控制中心到各个检测点距离不同所以电流在传输过程中所损失的压降 黄河科技学院毕业设计说明书第21页也不同。为了保证每个555定时器的振荡频率不受其影响，确保在各个LED点上的电压都是相同的12V电源，所以在电路中要采用二级稳压。电流在传输过程会产生高频成分，因而在稳压器的输入端要接电容以滤除高频成分，在稳压器输出端所接的电容是为了滤除稳压器所产生的高频成分以及防止其自激振荡。 （7）最后所接的发光二极管是用来指示电源电路工作正常与否。限流电阻是保护发光二极管以免因电流过大而烧毁。 3.2 整体电路的分析 图3.4 流水灯控制电路图 设计的多功能流水灯原理电路图如图3.4所示。原理电路图由振荡电路、译码电路、模拟开关和光源电路组成[8]。 Y呈高电平，加到CD4066{13}当第一个计数脉冲到来时，CD4017内电路翻转，{3}脚 脚。由于CD4066是双向模拟开关高电平接通，低电平断开，其引脚功能内部含有A、B、C、D四个独立的模拟开关，本电路使用了三片CD4066开关共有12组独立的双向模拟开关，只用到其中的10组。每个开关有一个输入端和一个输出端，这两端可以互换使用。此时A开关13脚是高电平，所以A开关接通。与此同时，CD4017其余各个输出端Y1～Y9均为低电平，于是CD4066开关B，C，D的选通端为低电平，开关为关断状态。当送来第二个计数脉冲时，CD4017计数输出端Y1呈高电平，而Y1端接到是B开关的12脚，其它输出端均为低电平，所以此时CD4066模拟开关只有B开关是 黄河科技学院毕业设计说明书第21页接通的，其它组是都断开；当其它计数脉冲分别送来时，分别让其对应的模拟开关接通而送相应的信号到后面的LED电路中去。这样就实现了在一个脉冲到来时刻只有一个信号送到后面的发光电路中，也就是每一时刻只能亮起一种颜色的灯，由模拟开关的控制，不同颜色的灯逐一亮起，形成流水的效果。 当计数器CD4017计数满10个脉冲时，其进位端{12}脚输出一个正脉冲，直接反馈到其复位端{15}脚，使计数器复位，然后开始下一轮的计数过程，这样就周而复始地循环工作。 在设计电路时，本文选用的脉冲发生器是有NE555与R2、R3及C3组成。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，调整C4和R2、R3可以改变闪烁的频率，加大C4容量和R2、R3的阻值，流动速度变慢，反之则加快，所以有较大的速度调节范围[9]。灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。CD4017的CP端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端（Q0-Q9）将输入脉冲按输入顺序依次分配，输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。当Q0-Q9依次输出控制脉冲时三种发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。电源电路采用电容降压，二极管整流和稳压管稳压的供电方式，直流工作电压由稳压管的稳压值决定。本文设计电路所采用的电源为9V。 因为刚接通市电时CD4017的哪一个输出端为高电平无法确定，但在CP端脉冲的作用下，Q0－Q2很快进入依次输出高电平的循环工作方式。假定NE555的3脚输出高电平，则模拟开关CD4066的2脚和13脚分别为“1”，使之处于接通状态。模拟开关CD4066因5脚和12脚分别为低电平而被关闭。当Q0为“1”，则其输出高电平，第一组彩灯发光。当Q1为高电平，该高电平直接加到模拟开关的12脚,使其导通，第二组彩灯发光（第一组熄灭）。当Q2为高电平，4脚输出高电平，第三组彩灯发光（第二组熄灭）。当Q3为“1”，则IC2立即复位使Q0又输出高电平，电路将重复上述工作。此时看见的流水感自左向右。当Q3继续接受脉冲信号高电平，7脚输出高电平，模拟开关5脚导通，第三组彩灯亮；Q4为高电平，10、12脚导通，第二组彩灯亮；Q5为高电平，2、13脚导通，第一组彩灯亮，此时灯光产生的流水感自右向左，当连接复位端的Q6 黄河科技学院毕业设计说明书第21页为高电平时，计数器会重新计数[10]。 由于IC1,3脚输出高低电平依照整定时间循环出现，所以灯光流水方向亦在定时改变。CD4017的15脚是复位端，所以15脚与那个脚相连，灯光的循环就截止到哪一个灯。图中所连接的二极管具有单向导通的特性，所以它的作用是防止电流回流。图中，调整C4和R2、R3可以改变闪烁的频率，加大C4容量和R2、R3的阻值，流动速度变慢，反之则加快。CD4017的15脚为复位脚，意思是Q0-Q9这十个输出端要几路输出，就把15脚接到第几位，这样就可以到哪一位从头循环下去，不用的输出端要悬空。当然，为了方便，上述电路图中只用到具有代表性的三种颜色的灯，并将其排列整齐，导通电路时就会看到漂亮的流水灯。 当计数器CD4017计数满10个脉冲时，其进位端{12}脚输出一个正脉冲，直接反馈到其复位端{15}脚，使计数器复位，然后开始下一轮的计数过程，这样就周而复始地循环工作。从而实现了高电平循环送入后面的判断电路，即实现了循环移位。使不同颜色的灯亮起时达到流水的效果。 图3-4电路中流水灯的流向为：3，2，4脚的高电平使3个发光二极管依次向右发光。随后又7，10，1脚的高电平使3个发光二极管由右向左发光。此电路仅仅考虑了流水灯的多向流动功能，且发光二极管的个数也只有三个，从而使得整个电路比较单调，并没有考虑到多个二极管的同时发光，所以在实际电路中，将同种颜色的发光二级管并联在一起就可以实现多个同种颜色的灯循环亮起。另外灯可以根据需要进行摆放，例如做成圆形的，不同颜色的灯光就可以实现由中心向外发散亮起，或者由边缘向中心逐一亮起。本文的此种设计还有一定缺陷，因为CD4017的引脚只有Q0-Q9十个，当选用多种颜色的灯光时，只用一个CD4017是无法实现的，所以，我们可以在NE555的7脚再引出一个CD4016的芯片，采用2个CD4017芯片和多个二极管实现多个发光二极管的同步多向流水功能。当然，这些电路只是在现有设备中所能完成设计电路功能的，当电路设备的逐步庞大，本文还可以设计更加复杂、更加美观的流水电路。 3.3 电路的调试 完成电路设计，安装元器件及连好导线后，进行试验结果测试。试验前首先完成以下步骤： 单片机课程设计 2014年 6月 15日 课 程 单片机课程设计 题 目 花样流水灯 院 系 电气工程及其自动化系 专业班级 1112班 学生姓名 温亿锋 学生学号 7 指导教师 张瑛 一丶任务 设计一款以AT89C51单片机作为主控核心，按键控制电路、流水灯显示电路以及单片机最小系统等模块组成的核心主控制电路。 二丶设计要求 通过发光二极管显示不同的花样（至少有六种花样），并且可以通过按键来控制流水灯的速度。 三丶设计方案 本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED流水灯循环系统的设计，来达到本设计的要求。其硬件构成框图如下图所示，以单片机为核心控制，由单片机最小系统（时钟电路、复位电路、电源）、按键控制电路、LED 发光二极管和5V直流电源组成。 单片机流水灯循环控制系统硬件框图 此设计方案中单片机的P1口接5路按键控制电路，实现流水灯花型的切换功能；单片机的P3.7引脚接上一个按钮开关以实现对流水灯闪烁频率的控制，即实现了快慢两种节拍实现花型的变换；单片机上的P2口接八路LED发光二极管组成流水灯电路，显示流水灯循环情况。 四丶系统硬件设计 4.1 直流稳压电源电路 对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。电子设备除用电池供电外，还采用市电（交流电网）供电。通过变压、整流、滤波和稳压后，得到稳定的直流电。直流稳压电源是电子设备的重要组成部分。本项目直流稳压电源为+5V。 直流稳压电源的制作一般有3种制作形式，分别是分立元件构成的稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。下图为稳压电源采用的是三端集成稳压器7805构成的正5V直流电源。 三端固定式集成稳压电源电路图 AT89C51单片机的工作电压范围：4.0V---5.5V，所以通常给单片机外接5V 直流电源。此处用3节1.5V的干电池供电。 4.2 单片机最小系统 要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成，单片机最小系统如图所示。 时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz 石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。 复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。 单片微机原理与接口技术课程设计报告 目录 1.引言 (3) 1.1设计任务 (3) 1.2 设计要求 (3) 2.课题综述 (3) 2.1 课题的来源 (3) 2.2 面对的问题 (4) 3.系统分析 (4) 4.系统设计 (6) 4.1 硬件设计 (6) 4.2 软件设计 (9) 4.3 硬件原理图 (10) 4.4 元件清单 (10) 4.5 代码编写 (11) 5.心得体会 (12) 6.致谢 (13) 7.参考文献 (14) 1.引言 单片机课程设计主要是为了让我们增进对89C51单片机电路的感性认识，加深对理论方面的理解。了解软硬件的有关知识，并掌握软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现应用系统打下良好基础。另外，通过简单课题的设计练习，使我们了解必须提交的各项工程文件，达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。 1.1设计任务 设计一个单片机控制的流水灯系统。 1.2 设计要求 (1)至少 8 个灯; (2)可实现不同的亮灯(如左循环，右循环，间隔闪等)。 2.课题综述 2.1 课题的来源 当今社会，这种由单片机芯片控制各种硬件工作的技术也日益成熟，并普及在交通、化工、机械等各个领域。而流水灯这项技术在生活中的 应用更是广泛，较为贴近生活。而流水灯控制的设计所需要的知识也正好吻合了我们本学期对于单片机这门课程的学习，所以设计流水灯控制的这个课题让我们对知识的学习和巩固都有了进一步的加深。 2.2 面对的问题 这次课程设计是通过 89C51 位单片机实现。但面对的问题却是两方面的：一个是软件的设计，也就是实现流水灯控制功能的程序编。另一个是硬件的设计，我们需要通过 protel 将设计的实物的电路图画出来。 3.系统分析 89C52 单片机引脚图及引脚功能介绍 本次设计的目的在于加深 89C52 单片机的理解，首先来简单认识一下，它的引脚如图所示： 井冈山大学 机电工程学院 单片机 课程设计报告 课程名称：单片机 设计题目：心形流水灯 姓名：玉红 专业：生物医学工程 班级：11级医工本一班 学号：110615017 指导教师:王佑湖 2013年11月27日 目录 1引言 (2) 1.1设计任务 (2) 1.2设计要求……………………………………………… ..2 2 课题综述 (2) 2.1课题的来源 (2) 2.2面对的问题 (2) 3 系统分析 (2) 3.1 STC89C52单片机引脚图及引脚功能介绍 (2) 4 系统设计 (4) 4.1硬件设计 (4) 4.1.1硬件框图 (4) 4.1.2硬件详细设计 (5) 4.2 软件设计 (5) 4.3 硬件原理图 (6) 4.4 元件清单 (6) 4.5 硬件焊接 图 (6) 4.6 代码编写 (7) 5心得体会 (7) 6致 (8) 参考文献 (8) 1 引言 单片机课程设计主要是为了让我们增进对STC89C51单片机电路 的感性认识，加深对理论方面的理解。了解软硬件的有关知识，并掌握软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现应用系统打下良好基础。另外，通过简单课题的设计练习，使我们了解必须提交的各项工程文件，达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目 的。 1.1设计任务 设计一个单片机控制的流水灯系统 1.2设计要求 (1)32个LED灯; (2)可实现多种的亮灯(如左循环，右循环，间隔闪,90度交叉闪等)。 2 课题综述 2.1 课题的来源 当今社会，这种由单片机芯片控制各种硬件工作的技术也日益成熟，并普及在交通、化工、机械等各个领域。而流水灯这项技术在生活中的应用更是广泛，较为贴近生活。而流水灯控制的设计所需要的知识也正好吻合了我们本学期对于单片机这门课程的学习，所以设计流水灯控制的这个课题让我们对知识的学习和巩固都有了进一步的加深。 2.2 面对的问题 这次课程设计是通过STC89C52位单片机实现。但面对的问题却是两方面的：一个是软件的设计，也就是实现流水灯控制功能的程序编辑；另一个是硬件的设计，需要我们自己连接、焊接电路板。而更为严峻的就是设计的最后还要将软硬件相结合。 3 系统分析 3.1 STC 89C52单片机引脚图及引脚功能介绍 本次设计的目的在于加深STC89C52单片机的理解，首先来简单认识一下，它的引脚如图3-1所示： 图3.1 STC89C52 基于单片机的LED流水灯设计 设计任务 1掌握MCS-51系列8051、8255的最小电路及外围扩展电路的设计方法 2了解单片机数据转换功能及工作过程 3设计LED流水灯系统，实现8个LED霓虹灯的左、右循环显示4完成主要功能模块的硬件电路设计 5用proteus软件完成原理电路图的绘制 一设计方法 本课题使用AT89C51单片机时无须外扩存储器。因此，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。如果要让接在P1.0口的LED1亮起来，那么只要把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。因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1～LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到 “流水”效果了。 二方案论证与比较 2.1循环移位法 在上个程序中我们是逐个控制P1端口的每个位来实现的，因此程序显得有点复杂，下面我们利用循环移位指令，采用循环程序结构进行编程。我们在程序一开始就给P1口送一个数，这个数本身就让P1.0先低，其他位为高，然后延时一段时间，再让这个数据向高位移动，然后再输出至P1口，这样就实现“流水”效果啦。由于8051系列单片机的指令中只有对累加器ACC中数据左移或右移的指令，因此实际编程中我们应把需移动的数据先放到ACC中，让其移动，然后将ACC移动后的数据再转送到P1口，这样同样可以实现“流水”效果。具体编程如下所示，程序结构确实简单了很多。 2.2查表法 上面的两个程序都是比较简单的流水灯程序，“流水”花样只能实现单一的“从左到右”流方式。运用查表法所编写的流水灯程序，能够实现任意方式流水，而且流水花样无限，只要更改流水花样数据表的流水数据就可以随意添加或改变流水花样，真正实现随心所欲的流水灯效果。我们首先把要显示流水花样的数据建在一个以TAB为标号的数据表中，然后通过查表指令“MOVC A，@A+DPTR”把数据取到累加器A中，然后再送到P1口进行显示。具体源程序如下，TAB标号处的数据表可以根据实 **大学 物理学院 单片机花样流水灯设计实验 课题：花样流水灯设计 班级: 物理 *** 姓名: *** 学号: …………… 当今时代的智能控制电子技术，给人们的生活带来了方便和舒适，而每到晚上五颜六色的霓虹灯则把我们的城市点缀得格外迷人，为人们生活增添了不少色彩。 制作流水灯的方法有很多种，有传统的分立元件，由数字逻辑电路构成的控制系统和单片机智能控制系统等。本设计介绍一种简单实用的单片机花样流水灯设计与制作，采用基于MS-51的单片机AT89C51和发光二极管、晶振、复位、电源等电路以及必要的软件组成的以AT89C51为核心，辅以简单的数码管等设备和必要的电路，设计了一款简易的流水灯电路板，并编写简单的程序，使其能够自动工作。 本设计用AT89C51单片机为核心自制一款简易的花样流水灯，并介绍了其软件编程仿真及电路焊接实现，在实践中体验单片机的自动控制功能。该设计具有实际意义，可以在广告业、媒体宣传、装饰业等领域得到广泛应用。 关键字：AT89C51 单片机流水灯数码管 1. 单片机及其发展概况 单片机又称为单片微计算机，其特点是将微型计算机的基本功能部件（如中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、定时/计数器及终端系统等）全部集成在一个半导体芯片上。单片机作为一种高集成度微型计算机，已经广泛应用于工业自动化控制、智能仪器仪表、通信设备、汽车电子与航空航天电子系统、智能家居电器等各个领域。 2. Protues仿真软件简介 Protues以其数量众多的元件数据库、标准化的仿真仪器、直观的捕获界面、简洁明了的操作、强大的分析测试、可信的测试结果, 为电子工程设计节约研发时间，节省了工程设计费用。利用Protues软件设计一款通过数码管显示计数时间的流水灯电路及Keil C软件编程后，再将两者关联则可以简单快速的进行仿真。 【实验设计目标】 设计要求以发光二极管作为发光器件，用单片机自动控制，对8个LED 灯设计至少3种流水灯显示方式，每隔20秒变换一次显示花样，计时通过一个二位七段数码管显示。 单片机课程设计报告 LED流水灯的设计 专业： 姓名：学号： 姓名：学号： 姓名：学号： 2015年月日 目录 LED流水灯的设计0 第一章绪论1 设计目的1 设计任务1 设计方法1 第二章设计内容与所用器件1 基本功能1 LED彩灯错误!未定义书签。 循环移位法2 第三章硬件系统设计2 单片机时钟电路2 第四章软件设计2 汇编语言和C语言的特点及编程 2 LED显示原理3 第五章系统调试与存在的问题4 程序下载4 硬件调试5 软件调试5 总结5 参考文献 6 LED流水灯的设计 [摘要]:当今社会，随着人们物质生活的不断提高，电子产品已经走进了家家户户，无论是生活或学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑所不能胜任的，而且比较容易出错。计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。计算器可谓是我们最亲密的电子伙伴之一。本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。 单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。在工业生产中。单片微型计算机是微型计算机称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 本系统就是充分利用了8051芯片的I/O引脚。系统以采用MCS-51系列单片机Intel8051为中心器件来设计LED流水灯系统，实现8个LED霓虹灯的左、右循环显示，并实现循环的速度可调。 [关键字]:单片机技术；系统设计；LED流水灯 第一章绪论 设计目的 通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成简易LED流水灯系统设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。 通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。 设计任务 在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务： 1、掌握MCS-51系列8051的最小电路及外围扩展电路的设计方法； 2、了解单片机数据转换功能及工作过程； 3、设计LED流水灯系统，实现8个LED霓虹灯的左、右循环显示； 4、完成主要功能模块的硬件电路设计。 设计方法 本课题使用STC89C52RC单片机时无须外扩存储器。因此，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。 如果要让接在口的LED1亮起来，那么只要把口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在口的LED1熄灭，就要把口的电平变为高电平；同理，接在～口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1～LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。 由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“流水”效果了。 第二章设计内容与所用器件 基本功能 利用STC89C52RC作为主控器组成一个LED流水灯系统，实现8个LED霓虹灯的左、右循环显示。 可选器件 51系列单片机、电容C104、、18?和1K的电阻、LED灯、按键、晶振等。 总体框架图 单片机流水灯课程 设计 基于AT89C51单片机的流水灯 1 引言 1.1 课题简介 单片机全称叫单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 当前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：在智能仪器仪表上的应用，例如精密的测量设备；在工业控制中的应用，用单片机能够构成形式多样的控制系统、数据采集系统，例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算 机联网构成二级控制系统等；在家用电器中的应用可从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。单片机在医用设备领域中的应用，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等；在各种大型电器中的模块化应用，如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理)，就需要复杂的类似于计算机的原理。 本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。本系统就是充分利用了8051芯片的I/O引脚。系统以采用MCS-51系列单片机Intel8051为中心器件来设计LED流水灯系统，实现8个LED霓虹灯的左、右循环显示，并实现循环的速度可调。 1.2 设计目的 (1) 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 (2) 掌握汇编语言程序设计方法。 (3) 培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 1.3 设计任务及要求 (1) 彩灯用8个发光二极管代替。 (2) 电路具有控制彩灯点亮右移、左移、全亮及全灭等功能。 单片机原理及系统课程设计 评语： 考勤（10）守纪（10）过程（40）设计报告（30）答辩（10）总成绩（100） 专业：电气工程及其自动化 班级：电气1001班 姓名：周兴 学号： 201009018 指导教师：李红 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013 年 3 月 7 日 基于单片机的LED流水灯系统设计 摘要 本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。本系统就是充分利用了8051芯片的I/O 引脚。系统以采用MCS-51系列单片机89C51为中心器件来设计LED流水灯系统，实现8个LED霓虹灯的左、右循环显示，并实现循环的速度可调。 关键词：单片机；LED流水灯；MCS-51 Abstract This design mainly to analyze calculator software and in the process of developing the steps, and from the practical experience of the calculator design has made the detailed analysis and research. This system is to make full use of the 8051 chip I/O pins. System to the MCS - 51 series microconteroller as the center Intel8C51 device to design LED running lights system, realize the eight LED neon light left and right cyclic display, and realize the circulation speed adjustable. Keywords: single chip microcomputer, LED running lights,MCS-51 中国电子科技大学 实习总结报告 实习类型生产实习 实习单位电子科学学院实习基地 实习起止时间 201X年7月X日至202X年6月X日 指导教师 所在院（系）电子科学学院 班级电信X班 学生姓名 学号 202X年 6月 20日 多按键花样流水灯设计 一、设计目的与要求 通过学习51单片机开发软件及其实验箱掌握51单片机与外部扩展芯片连接方式和外部芯片的初始化编程方法。进一步学习掌握8031内部计数器的使用和编程方法。进一步掌握中断处理程序的编程方法。利用74LS273扩展8031的I/O口通过编程实现流水灯实验。 1、设计目的 （1）掌握51系列单片机的基本硬件结构及工作原理； （2）掌握51系列单片机的汇编语言及基本程序设计方法； （3）学习并掌握使用51系列单片机开发控制系统的基本步骤及方法。 2、设计要求 （1）选择一个I/O口控制八只流水灯。 (2）设置四个按键K1—K4，按下K1跑马灯，K2流水灯，K3鸳鸯戏水，K4则循环三种控制方式。 (3）跑马灯：共8个LED逐次点亮，每隔100ms点亮一个LED，点亮100ms后关闭。 （4）流水灯：共8个LED逐次点亮，每隔100ms点亮一个LED，点亮100ms后下一个LED点亮，当所有LED灯全部点亮后，延时100ms，然后全灭；然后继续上次操作。 （5）鸳鸯溪水灯：共8个LED，第一次1、3、5、7号灯点亮，延时100ms，关闭，延时100ms，2、4、6、8号灯点亮，延时100ms，关闭，延时100ms。然后继续上次操作。 二、单片机开发板原理 整个系统工作由软件程序控制运行，根据需要，可以上电后系统经过初始化，进入用户设定模式状态。基于AT89C52单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。本方案以AT89C52单片机作为主控核心，与驱动等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有晶振电路和8个LED显示二极管，根据需要编写若干种亮灯模式，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号。 1、单片机板原理图 EDA课程设计流水灯设计 目录 一、摘要··3 二、流水灯设计目的··4 三、流水灯设计流程··4 四、流水灯设计程序··5 五、流水灯设计管脚分配··7 六、功能仿真图··8 七、原理图波形图··9 八、设计注意事项··10 九、课程设计总结··11 十、参考文献··12 十一、评分表··13 一、摘要 随着EDA技术发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通讯、 自动控制及计算机应用等领域的重要性突出。随着技术市场与人才市场对EDA 的需求不断提高，产品的市场需求和技术市场的要求也必然会反映到教学领域和科研领域中来。因此学好EDA技术对我们有很大的益处。EDA是指以计算机为工具，在EDA软件平台上，根据设计社描述的源文件（原理图文件、硬件描述语言文件或波形图文件），自动完成系统的设计，包括编译、仿真、优化、综合、适配（或布局布线）以及下载。 流水灯是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮，流水灯控制是可编程控制器的一个应用，其控制思想在工业控制技术领域也同样适用。流水灯控制可用多种方法实现，但对现代可编程控制器而言，基于EDA技术的流水灯设计也是很普遍的。 课程设计主要的目的是通过某一电路的综合设计，了解一般电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法、通过设计也有助于复习、巩固以往的学习内容、达到灵活应用的目的。在设计完成后，还要将设计的电路进行安装、调试以加强学生的动手能力。在此过程中培养从事设计工作的整体观念。 课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计及制作任务同时注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下方面： ·独立工作能力和创造力。 ·综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。 ·查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力。 ·写技术报告和编制技术资料的能力。 ·实际动手能力。 流水灯设计与总结报告 摘要：近年来，随着电子技术和微型计算机的发展呢，单片机的档次不断提高应用领域也不断扩大，已在工业控制、尖 端科学、智能仪器仪表、日用家电汽车电子系统、 办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到广泛 的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。关键字：单片机，流水灯 需求分析： 随着现代社会的发展，人们越来越追求审美和新颖，而流失灯就是其中一种，以前简单的照明工具变得越来越多样化，流水灯的千姿百态给人一种视觉冲动，现在不管大街小巷我们都可以随处可见这种变幻万千的流水灯，而这种流水灯我们可以产用子电路去设计，我们可以用控制器和状态译码器来实现灯光的流水效果，但是现在我们可以用单片机AT89C51来实现，因为其相对于电子电路有明显的优越性，控制硬件电路比较简单，软件方面也不复杂，而且功能作用并不低于电子电路设计的。由于它的小巧方便，我们采用单片机来做流水灯。 设计系统 1.复位电路部分 为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。手动按钮不仅具有上电复位的功能，还可以通过按按键的方法实现复位，（如上图所示按S22）此时电源VCC经两个电阻分压，在RST端产生一个复位高电平。 2．时钟电路部分 时钟电路为单片机工作提供基本时钟，它是计算机工作的心脏，它控制着计算机的工作节奏。时钟电路一般由晶体震荡器和电容组成。 数字电子技术课程设计报告 (彩灯控制器) 专 专业：电子信息工程 班级：7B1211 学号：123025 姓名：白旭飞 年月：2014-6-28 一、设计要求 1. 以8或10个指示灯作为显示器件，能自动的从左到右、从右到左自动的依次被点亮，如此周而复始，不断循环。 2．打开电源时控制器可自动清零，每个指示灯被点亮的时间相同约为0.5S～2S 范围内。 3．用计算机画出设计电路图，进行仿真分析验证其正确性。 4．写设计说明书一份（画总原理框图以及说明主要工作原理，单元电路的设计和元器件的选择，画出完整的电路图和元器件明细表，收获、体会及建议） 二、设计的作用，目的 1.作用 利用控制电路可使彩灯（例如霓虹灯）按一定的规律不断的改变状态，不仅可获得良好的观赏效果，且可以省电（与彩灯全亮相比）。 2.目的 用NE555芯片，74LS151芯片,74LS163芯片,74LS194，以及一些逻辑门芯片完成彩灯控制器。 三、设计的具体实现 1．系统概述 接通电源时，555占空比可调振荡器产生1s单位的脉冲，脉冲送到下一个模块74LS151计数器，目的实现模5计数器，达到每五秒生成一个脉冲输向下一个芯片74LS194移位寄存器以及计数器74LS163。进而彩灯在脉冲的作用下依次点亮，并实现循环，完成实验要求。 2.总体思路 先用555定时器用来生成1s标准单位cp脉冲，把脉冲给计数器74LS151，通过74LS151形成模5加法计数器，再将74LS151输出信号供给74LS194移位寄 存器输入端，Q 0，Q 1， Q 2 和Q 3 接彩灯然后连接几个逻辑门，把74LS194接成环形 计数器。就能实现基本电路要求。 3.方案设计 总体电路共分三大块。第一块实现时钟信号的产生；第二块实现灯亮灭情况的演示；第三块实现灯亮灭的控制及节拍控制。 单片机流水灯实验报告 电子信息工程学系实验报告 课程名称：单片机原理及接口 实验项目名称：实验2 流水灯实验时间： xx-10-21 班级：电信092 姓名：蔡松亮学号： 910706247 一、实验目的: 进一步熟悉keil仿真软件、proteus仿真软件的使用。了解并熟悉单片机I/O口和LED灯的电路结构，学会构建简单的流水灯电路。掌握C51中单片机I/O口的编程方法和使用I/O口进行输入输出的注意事项。 二、实验原理： MCS-51系列单片机有四组8位并行I/O口，记作P0、P1、P2和P3。每组I/O口内部都有8位数据输入缓冲器、8位数据输出锁存器及数据输出驱动等电路。四组并行I/O端口即可以按字节操作，又可以按位操作。当系统没有扩展外部器件时，I/O端口用作双向输入输 出口；当系统作外部扩展时，使用P0、P2口作系统地址和数据总线、P3口有第二功能，与MCS-51的内部功能器件配合使用。 以P1口为例，内部结构如下图所示： 图 P1口的位结构 作输出时：输出0时，将0输出到内部总线上，在写锁存器信号控制下写入锁存器，锁存器的反向输出端输出1，下面的场效应管导通，输出引脚成低电平。输出1时，下面的场效应管截止，上面的上拉电阻使输出为1。作输入时：P1端口引脚信号通过一个输入三态缓冲器接入内部总线，再读引脚信号控制下，引脚电平出现在内部总线上。 I/O口的注意事项，如果单片机内部有程序存贮器，不需要扩展外部存贮器和I/O接口，单片机的四个口均可作I/O口使用；四个口在作输入口使用时，均应先对其写“1”，以避免误读；P0口作I/O 口使 用时应外接10K的上拉电阻，其它口则可不必；P2可某几根线作地址使用时，剩下的线不能作I/O口线使用；P3口的某些口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作I/O口线使用。 一、原理图设计的目的： 利用AT89C51，通过控制按键来实现六种流水灯花样的转换，实现花样流水灯的设计，同时通过外部中断0，来控制流水灯的速度。 二、各器件的功能作用： 1、AT89C51 AT89C51有40个引脚，每个引脚都有其功能。本次设计中，利用P0口当输出口，输出低电平来驱动发光二极管点亮。利用P1.0~P1.5六个引脚，通过按键接地，然后采用扫描的方式，判断哪个引脚所接按键按下，从而来控制六种流水灯的花样。利用P3.2引脚外接按键接地，通过控制按键来减慢流水灯的速度，利用P3.3引脚外接按键接地，通过控制按键来提高流水灯的速度。利用P3.7输出低电平，导通三极管Q1，从而给八个发光二极管的阳极加高电平，一旦P0口输出低电平就可以驱动发光二极管。 2、八个发光二极管： 通过八个发光二极管来实现流水灯的变化，用低电平驱动发光二级管亮，同时，用高电平使其熄灭 。 3、按键 通过P1.0-P1.5外接的按键来实现流水灯各种花样的变化，当按键按下时，驱动一种流水灯花样的闪烁。同时，利用按键来提供外部 中断，当按下按键时，产生一个外部中断，向CPU申请中断，CPU 响应其中断，因此可以用按键来实现提高流水灯闪烁的速度。 通过在RST口处加上一个按钮手动复位电路，利用复位按钮可以使运行中的流水灯复位到初始的状态。 4、排阻 因为P0口作为输出口时需要外接上拉电阻 三、设计原理图： 四、程序如下： #include 新能源与动力工程学院课程设计报告 单片机系统课程设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2014年7 月 新能源与动力工程学院课程设计任务书课程名称：单片机系统课程设计指导教师（签名）： 班级：姓名：学号： 指导教师评语及成绩评定表 指导教师签字： 年月日 目录 绪论 ....................................................................................................................... - 1 -1 引言 ....................................................................................................................... - 1 - 1.1设计任务 .................................................................................................... - 2 - 1.2设计意义 .................................................................................................... - 2 - 1.3设计思路 .................................................................................................... - 2 - 1.4设计目的 .................................................................................................... - 2 - 2 总体设计 ............................................................................................................... - 3 - 2.1系统框图 .................................................................................................... - 3 -3设计步骤 ................................................................................................................ - 3 - 3.1 STC89C52简介 ......................................................................................... - 3 - 3.2硬件设计 .................................................................................................... - 5 - 3.3单片机时钟电路 ........................................................................................ - 5 - 3.4复位电路 .................................................................................................... - 5 - 3.5工作电路 .................................................................................................... - 6 - 4 软件设计 ............................................................................................................... - 6 - 4.1设计要求 .................................................................................................... - 6 - 4.2软件的流程图 ............................................................................................ - 7 - 4.3程序代码 .................................................................................................... - 7 - 5 软件调试 ............................................................................................................... - 9 - 6 总结 ....................................................................................................................... - 9 - 7 心得体会 ............................................................................................................... - 9 -参考文献 ................................................................................................................. - 10 -附录1 元件清单 .................................................................................................... - 11 - 目录 1 引言 (1) 2课题综述 (1) 2.1 课题的来源 (1) 2.2课题的意义 (1) 2.3预期的目标 (1) 2.4面对的问题 (1) 2.5课题的技术 (2) 3系统分析 (2) 3.1涉及的基础知识 (2) 3.280C51单片机引脚图及引脚功能介绍 (2) 3.3 解决问题的基本思路 (3) 3.4总体方案 (3) 4系统设计 (3) 4.1硬件设计 (3) 4.2 软件设计 (4) 4.3元件清单 (4) 4.4硬件原理图 (5) 4.5 硬件焊接图 (6) 4.6设计主要功能 (6) 5代码编写 (6) 6程序调试 (7) 结论 (8) 致谢 .................................................................................................. 错误！未定义书签。参考文献 .............................................................................................. 错误！未定义书签。 1 引言 单片机课程设计主要是为了让我们增进对80C51单片机电路的感性认识，加深对理论方面的理解。了解软硬件的有关知识，并掌握软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现应用系统打下良好基础。另外，通过简单课题的设计练习，使我们了解必须提交的各项工程文件，达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。 2课题综述 2.1课题的来源 当今社会，这种由单片机芯片控制各种硬件工作的技术也日益成熟，并普及在交通、化工、机械等各个领域。而流水灯这项技术在生活中的应用更是广泛，较为贴近生活。而流水灯控制的设计所需要的知识也正好吻合了我们本学期对于单片机这门课程的学习，所以设计流水灯控制的这个课题让我们对知识的学习和巩固都有了进一步的加深。 2.2课题的意义 这次单片机课程设计是为了通过对流水灯控制的设计加强学生团队配合的能力和创造力；综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。能够让学生深入真是的体会到所学的理论知识和实践相结合的过程。找出自身的不足并加以改正。 2.3预期的目标 对8个LED灯设计5种流水灯显示方式，用一个按键进行方式选择，并用一个数码管显示方式编号；用两个键来控制流水灯流动的速度。 2.4面对的问题 这次课程设计是通过80C51位单片机实现。但面对的问题却是两方面的：一个是软件的设计，也就是实现流水灯控制功能的程序编辑；另一个是硬件的设计，需要我们自己连接、焊接电路板。而更为严峻的就是设计的最后还要将软硬件相结合。首先我们需要通过protel将设计的实物的电路图画出来，再根据电路图连接实物电路。 09机电一体化课程设计 学院：南昌航空大学高职学院 设计题目：基于单片机的流水灯系统设计 指导老师：杨蓓 姓名： 班级：099021 学号： 年月日 目录 一、摘要 (03) 二、前言 (03) 三、硬件组成 3.1流水灯硬件构成及原理 (04) 3.2流水灯硬件原理图 (04) 四、软件编程 4.1位控法 (06) 4.2循环位移法 (08) 4.3查表法 (10) 4.4遵循原则 (13) 五、结语 (17) 六、设计体会 (17) 七、参考文献 (18) 一、摘要 当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。关键词：LED 单片机控制系统流水灯 二、前言 学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，现在我把单片机流水灯设计作为一个毕业课程设计，需要更深的去了解单片机的很多功能，努力的去查找资料，当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。 三、硬件组成 3.1流水灯硬件构成及原理 按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，具有丰富的内部资源：4kB闪存、128BRAM、32根I/O 口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口，具有4.25～5.50V的电压工作范围和0～24MHz工作频率，使用AT89C51单片机时无须外扩存储器。因此，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。其具体硬件组成如图1所示。 3.2流水灯硬件原理图 流水灯电路的制作 一、概述： 随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能流水灯凭着简易，高效，稳定等特点得到普遍的应用。在各种娱乐场所、店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁更是随处可见，与此同时，还有一些城市采用不同的流水灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水灯的种类已有数十种，如家居装饰灯、店铺招牌灯等等。所以，多功能流水灯的设计具有相当的代表性。 多功能流水灯，就是要具有一定的变化各种图案的功能，主要考察了数字电路中一些编码译码、计数器原理，555定时器构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲，制作过程中需要了解相关芯片（NE555、CD4017）的具体功能，引脚图，真值表，认真布局，在连接过程中更要细致耐心。 二、电路原理图 三、电路工作原理 多功能流水灯原理电路图如上图所示。原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。本文选用的脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C1组成的多谐振荡器组成。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器R3进行调节。由于R3的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。 CD4017的CP端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端(Q0~Q9)将输入脉冲按输入顺序依次分配。输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。10 个电阻与CD4017的10个输出端Q0~Q9相连，当Q0~Q9依次输出控制脉冲时10个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。电源电路所采用的电源为。 四、板的设计 五、元器件清单 六、电路的组装与调试 1、电路的组装方法和步骤 （1）筛选元器件。对所有购置的元器件进行检测，注意它们的型号、规格、极性，应该保质量。 （2）按草图在PCB板上组装并焊接。 要求：①元器件布局整齐、美观，同类型元器件高度一致；花样流水灯设计
流水灯课程设计
单片机课程设计报告--心形流水灯
基于单片机的LED流水灯设计
单片机花样流水灯设计实验报告
LED流水灯设计
单片机流水灯课程设计
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精品可控流水灯单片机课程设计报告(c语言)-定
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