《电子电路仿真》课程设计报告
题目： 跑马灯的设计
姓名：
学号：
专业： 10自动化一班
【实验准备】
在实验前，我通过上网、上图书馆查找了一些关于单片机AT89S51的硬件及指令系统的资料和8255A输出口的应用的资料，结合单片机所学的中断、定时器和AT89S51扩展I/O接口芯片8255A的工作方式的知识，并对电路板各个元器件、接线等的清楚认识，完成了对电路板仿真图的绘制，以及初步的程序，并实现了初步的仿真效果。
【设计内容】
设计一个跑马灯。
【设计要求】
所设计的跑马灯是依次轮流点亮最后全部灯闪烁一次。
CPU为AT89S51，利用并行口P0口、P2口、P3口，并运用了单片机的扩展输入-输出口以及接口芯片8255。
【设计方案】
一、实验原理方框图：
本程序设计意在展示跑马灯的色彩样式及“跑马”变换效果，如果将跑马灯做大，会有很高的观赏价值。通过对一些相关书籍资料的查阅及网上各种作品和代码的浏览，对各种实现代码的比较和优化，总结出本程序，以较优秀的代码实现各种可控的“跑马灯”功能。
硬件系统部分包括显示部分、控制灯亮的方式部分和控制芯片。
1、系统框图如下：
二、电路结构：
1、跑马灯的接线电路原理图：
（1）、 8255A的 PA、PB、PC作为跑马灯的输出口
(2)、D0~D7—三态双向数据线：8位三态双向输入输出是8255A与CPU接口的数据总线
（3）、RESET—复位：高电平有效，复位时PA、PB、PC口与控制寄存器被清除
（4）、C?S—芯片选择
低电平有效。当?C?S=0时，选择8255A
（5）、R?D—读数据
低电平有效。?R?D=0且C?S=0时，CPU从8255A读取数据
（6）、W?R—写数据
低电平有效。W?R=0且C?S=0时，CPU将数据写入8255A
（7）、A0，A1—地址选择
用来选择8255A的PA、PB、PC口和控制寄存器。如表一所示
（8）、PA0~PA7—PA输入/输出口
8位数据输出锁定/缓冲器及8位输入锁定
（9）、PB0~PB7—PB输入/输出口
8位数据输入/输出锁定/缓冲器/及8位输入缓冲器
（10）、PC0~PC7—PC输入/输出口
8位数据输出锁定/缓冲器及8位输入锁定
（11）、Vcc、GND—Vcc：+5V电源，GND：接地
表一 地址选择
2、AT89C51芯片分析
ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51的芯片引脚图如下：
图一 AT89C51引脚图
（1）各引脚的说明和功能分析如下：
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态：
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
本设计使用AT89C51芯片作为控制芯片，利用P0口连接一个并行输入/输出器件8255A，用8255器件的PA、PB、口连接发光二极管，最后通过用汇编语言编程实现。通过程序中的延迟来控制“跑马灯”的亮灭，以达到显示效果。开始时第一组的灯从上往下一次，而第二组的八个跑马灯是从下往上一次亮，然后第一组的再倒回去，最后所有的灯全亮一次，按此规律循环下去。
3、硬件电路连接图如下：
图二 原理图
四、程序流程图
1、主程序：
程序设计思路：本设计使用89S2051芯片作为控制芯片，利用P0口连接一个并行输入/输出器件8255A，用8255器件的PA、PB、口连接发光二极管，最后通过用汇编语言编程实现。通过程序中的延迟来控制“跑马灯”的亮灭，以达到显示效果。开始时第一组的灯从上往下一次，而第二组的八个跑马灯是从下往上一次亮，然后第一组的再倒回去，最后所有的灯全亮一次，按此规律循环下去。
五、仿真图
图三 仿真图
图二是开始时第一组的八个灯从上往下依次亮，而第二组的八个跑马灯是从下往上依次亮时的仿真图。
图三是第一组倒回去亮时，而第二组的不变时的仿真图。
图四是所有灯同时亮时的仿真图的截图。
图四 仿真图
图五 仿真图
六、实验程序
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0030H
MAIN: CLR P2.2
SETB P2.2
CLR P2.2
SETB P2.0
SETB P2.1
MOV A,#80H
MOVX @R0,A
START: MOV R1,#0FEH
MOV R2,#7FH
MOV R3,#08
LOOP: CLR P2.0
CLR P2.1
MOV A,R1
MOVX @R0,A
RL A
MOV R1,A
SETB P2.0
CLR P2.1
MOV A,R2
MOVX @R0,A
RR A
MOV R2,A
CALL DELAY
DJNZ R3,LOOP
MOV R1,#7FH
MOV R2,#0FEH
MOV R3,#08
LOOP1: CLR P2.0
CLR P2.1
MOV A,R1
MOVX @R0,A
RR A
MOV R1,A
SETB P2.0
CLR P2.1
MOV A,R2
MOVX @R0,A
RL A
CALL DELAY
DJNZ R3,LOOP1
CLR P2.0
CLR P2.1
MOV A,#0
MOVX @R0,A
SETB P2.0
MOVX @R0,A
CALL DELAY
MOV A,#0FFH
CLR P2.0
MOVX @R0,A
SETB P2.0
MOVX @R0,A
CALL DELAY
JMP START
DELAY: MOV R6,#0FFH
D1: MOV R7,#0FFH
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D1
RET
END
七、总结
在去实验室前，我经过多番努力，将电路板上的电路用仿真软件画出，并且确保了每一条连线都包含了，芯片的每一个管脚都清楚的认识到是用来干什么的，怎么连接的，仿真时各个点将会出现什么情况。尔后，我又进行了初步的编程，将程序模块化，分为了主程序、显示子程序、延时子程序等，但在程序的编程过程中，我不是很了解怎么实现这个过程，导致未能完成该程序的编写。
因此，我和组员在互相讨论了自己的编程思路后，综合了对方的意见，得到了初步的程序，但是在仿真过程中，还是存在诸多问题，我们合力讨论了很久，但还是有点问题，于是我们和另外一组一起商讨，在程序调试过程方面讨论了很久，还尝试了用其他的方法来代替，但是结果还是不理想，于是还是只有不断地调试程序，最后经过了一天的努力，我们得到了初步的程序，但在仿真过程中还是未能实现我们所要的结果。虽然这样，但我们并没有因结果不理想而放弃，于是，我们经过反复不断的修改，得到进一步的程序，第二天又到实验室去调试。
调试的时候总提示有错，然后通过我们的仔细分析、修改，再加反复调试，终于得到了，我们想要的程序。调好程序后，我们进行了仿真，而在仿真过程中又出现了一些小问题如：接线的问题，芯片的问题，所接的电阻值过大等，导致LED显示灯不亮。最后经过细心的检查修改，最终终于得到了我们想要的结果。
电子电路设计及仿真是一个很好的实践环节，他将我们所学的课堂知识和实践结合，是我们所学知识得到加固。以前的课程都是理论知识的学习，感觉有些抽象，学习起来也比较乏味，没有主观的学习热情。这次课程设计的主要收获就是在运用知识的过程中让我对单片机产生了浓厚的兴趣，在跑马灯的制作过程中，对单片机的结构有了更加的了解，将硬件与软件的完美结合更增加了我对这门课程的兴趣，这也许就是主观的学习积极性。
老师的指导也是很重要的，众所周知，实践中经验占据重要地位，老师的经验和知识多于我们，通过老师的指导是我们的实验过程更加轻松，受益匪浅。
总之，这次课程设计不仅使我了解了单片机的开发流程，更加的理解运用了所学的知识，而且更重要的是收获了知识以外的学问，这对于我来说一生都是受用的。