单片机原理及系统课程设计
专 业：电气工程及其自动化
班 级
姓 名：
学 号：
指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2013 年 3 月 7 日
基于单片机的流水灯设计
摘要
单片机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/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
本设计是以AT89C51单片机为彩灯控制方案，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组LED霓虹灯的左、右循环显示，并实现循环的速度可调。本方案以嵌入式方式为基础，软硬件相结合，运用proteus,visio和仿真软件keil完成设计。本设计优点是实际应用效果好，亮灯花样好，与其他彩灯相比体积小、件硬少、价格低、低能耗、电路结构简单及容易操作和阅读。在现代社会中，彩灯具有广泛的发展天地。
关键字：AT89C51;单片机;LED流水灯
Abstract
MCU is a kind of integrated circuit chip, It is the use of large scale integrated ciruit technology has the ability to handle data central processor CPU RAM random access memory, read-only memory ROM, a variety of I/O port and interrupt system, timer / timer functions are integrated into one small but perfect computer system consisting of a silicon chip.
The design is based on AT89C51 MCU as the lights control scheme, make full use of the 8051 chip I/O pin. System uses MCS-51 series single-chip microcomputer Intel8051 as the center to design LED water lamp system, the realization of the 8 group LED neon light left, right circular display, and realize the circulation speed adjustable. The scheme is based on the embedded mode, the combination of software and hardware, the use of Proteus, Visio and simulation software keil to complete the design. This design has the advantages of good actual application effect, good lighting pattern, compared with other lights of small size, low price, small pieces of hard, low energy consumption, simple circuit structure and easy to operate and reading. In modern society, with the development of world wide lantern.
Keywords: AT89C51,MCU,LED water lamp
1 引言
1.1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，进一步提高综合运用所学知识和设计能力的目的。
(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，并具备一定程度的设计能力。
1.2设计任务及要求
(1)掌握MCS-51系列89c51的原理。
(2)设计LED流水灯系统，实现8组LED霓虹灯的左、右循环显示。
(3)用protel软件完成原理电路图的绘制。
1.3设计方法
本流水灯实际上就是一个带有八组发光二极管的单片机最小应用系统。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组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、熄灭就可以。
2 设计方案及原理
2.1总体设计方案
此次8组LED流水灯的设计是以AT89C51作为主控芯片，将P1分别接在8组LED实现显示，运用汇编语言编程来实现。
2.2系统组成框图
系统组成框图如图1所示。
2.3系统原理组成
此系统以AT89C51为主，利用时钟电路产生脉冲控制流水灯的节奏，同时接有复位电路解决故障灯问题，本设计还单独设计一个开关控制8组流水灯的关闭，
由于本设计为花样流水灯，因此设计8组不同颜色的LED灯，来显示其花样。
图1 系统组成框图
3 硬件设计
3.1单片机时钟电路
时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是反相放大器的输入端和输出端，由这个放大器与作为反馈元件的晶体振荡器和微调电容一起构成了一个稳定的自激振荡器。 此电路采用12MHz的石英晶体。
时钟电路如图2所示。
3.2复位电路
第一次上电时，或者死机后，需要重新初始化，进行复位是把寄存器各种设置重新初始化，如图通电电容可以当短路，电容充电，所以RST脚为低电平。由于复位条件必须51单片机的RET引脚保持两个机器周期以上的高电平，才完成一次复位。利用RC电路可保持RST有两个机器周期以上的高电平，按下开关达到两个机器周期就成功复位一次。
复位电路如图3所示。
图2 时钟电路 图3 复位电路
4 软件设计
本次软件设计我采用的是汇编语言编译，运用查表法来控制LED灯的流水作业。运用查表法能够实现任意方式的流水，而且流水花样无限，只要改变流水花样数据表的流水数据就可以随意的添加或改变流水花样，真正实现随心所欲的
流水灯效果。我们先把流水灯数据建在一个以TAB为标号的数据表中，然后通
过指令“MOVC A,@A+DPTR”把数据取到累加器A中，再送到P1口显示。
4.1流程图
流程图如图4所示。
4.2程序清单
程序清单如附录一所示。
5 系统仿真
系统仿真图如附录二所示。
6 总结
本次课程设计我设计的是流水灯的设计，以编程软件Proteus和仿真软件keil为主。初次实习单片机设计，硬件设计我选择了最为简单的8组LED灯设计，只运用一个AT89C51芯片、三个电路和一个开关，电路图如附录二所示。软件设计是根据电路图所设计的，由于汇编语言比C语言简明，我选择运用汇编，我的设计可以用循环移位法和查表法，但前一种方法没有后一种流水灯花样灵活，查表法可以根据自己的意愿任意决定流水灯的流水作业，因此我选了查表法。在程序中我特意加了个开关，由P0.0口控制，这样可以根据人们自己的意愿选择流水灯的打开和断开，最后汇编程序生成hex文件导入AT89C51芯片就可以实现流水灯的运转。
本次设计我特意用了各种颜色的LED灯来显示其花样。最终本次设计的结果是实现了8组流水灯根据我数据表中的数据来显示流水花样，而且开关可控制开断。
图4 流程图
参考文献
[1] 王思明,张金敏,张鑫,苟军年,杨乔礼编著.单片机原理及应用系统[M].北京:科学出版社,2012
[2] 冯博琴,吴宁主编.微型计算机原理与接口技术[M].北京:清华出版社,2007
[3] 谭浩强著.C程序设计[M].北京:清华出版社,2005
附录一
程序清单
ORG 0000H ; 单片机上电后从0000H地址执行
AJMP START ; 跳转到主程序存放地址处
ORG 0030H ; 设置主程序开始地址
START:MOV SP,#60H ; 设置堆栈起始地址为60H
MOV DPTR,#TAB ; 流水花样表首地址送DPTR
START1:JNB P0.0,LOOP ; 设计开关，由P0.0控制
AJMP START1 ; 开关断开，则继续检查
LOOP: CLR A ; 累加器清零
MOVC A,@A+DPTR ; 取数据表中的值
CJNE A,#0FFH,SHOW ; 检查流水结束标志
AJMP START ; 所有花样流完，则从头开始重复流
SHOW: MOV P1,A ; 将数据送到P1口
ACALL DELAY ; 调用延时子程序
INC DPTR ; 取数据表指针指向下一数据
AJMP LOOP ; 继续查表取数据
DELAY: ; 延时子程序
MOV R0,#248 ; 延时一段时间
D1: MOV R1,#248
DJNZ R1,$
DJNZ R0,D1
RET ; 子程序返回
TAB: ; 下面是流水花样数据表，用户可据要求任意编写
DB 11111110B ; 二进制表示的流水花样数据，从低到高左移
DB 11111101B
DB 11111011B
DB 11110111B
DB 11101111B
DB 11011111B
DB 10111111B
DB 01111111B
DB 01111111B ; 二进制表示的流水花样数据，从高到低右移
DB 10111111B
DB 11011111B
DB 11101111B
DB 11110111B
DB 11111011B
DB 11111101B
DB 11111110B
DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H ; 十六进制表示的流水花样数据
DB 0EFH,0DFH,0BFH,7FH
DB 7FH,0BFH,0DFH,0EFH
DB 0F7H,0FBH,0FDH,0FEH
DB 3FH,9FH,0CFH,0E7H
DB 0F3H,0FCH,7EH,5FH
DB 0AFH,0D7H,0EBH,0F5H
DB 0FAH,6FH,0B7H,0DBH
DB 0EDH,0F6H,77H,0BBH
DB 0DDH,0EEH,7BH,0BDH
DB 0DEH,7DH,0BEH,7EH
DB 1FH,8FH,0C7H,0E3H
DB 0F1H,0F8H,7CH,3EH
DB 9DH,0CBH,0D3H,0B9H
DB 57H,0ABH,0D5H,0EAH
DB 0FH,87H,0C3H,0E1H
DB 0F0H,78H,3CH,1EH
DB 99H,0A5H,5AH,8DH
DB 0C3H,07H,83H,0C1H
DB 0E0H,70H,38H,1CH
DB 0EH,03H,81H,0C0H
DB 60H,30H,18H,0CH
DB 06H,03H,00H,00H
DB 0FFH
END ; 程序结束
附录二
系统仿真图
第二篇：交通灯课程设计兰州交通大学
单片机原理及系统课程设计
专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1102 姓 名：
学 号： 2
指导教师： 汤旻安 兰州交通大学自动化与电气工程学院
20xx年 1月17 日
单片机原理及系统课程设计报告
基于AT89C51单片机的十字路口交通灯设计
1 设计目的和方案
1.1设计目的
近年来随着科技的飞速发展，一个以微电子技术、计算机技术和通信技术为先导的信息革命正在蓬勃发展。计算机技术作为三者之一，怎样与实际应用更有效的结合并发挥其作用。单片机作为计算机技术的一个分支，正在不断的应用到实际生活中，同时带动传统控制检测的更新。在实时检测和自动控制的应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件使用，针对具体应用对象的特点,配以其它器件来加以完善。现代社会有越来越多的人开始有了自己的私家车，同时，便有了交通拥挤的问题，如何在车流量巨大的十字路口保证车辆畅行，交通灯便起到了巨大的作用。实际上，1858年，英国伦敦就有了最早的然煤气交通灯，至今，交通灯已经普及到世界各地，成为社会生活中不可或缺的装置。
信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。
1.2设计方案
设计方案如表1所示。
表1设计方案
南北道
东西道 25s 红灯亮 绿灯亮 5s 红灯亮 黄灯亮 25s 绿灯亮 红灯亮 5s 黄灯亮 红灯亮 ....... .......
1.4设计任务
东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三个指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。红灯的设计时间为30秒，绿灯及左转绿灯各为25秒。黄灯为闪烁5秒。
1.3时序图
本程序的时序图是基于visio画出的，基本图如图1所示。
1
单片机原理及系统课程设计报告
30s
红
30s
25s
东
西
方
向绿
5s
黄
30s
红
南
北
方
向25s25s绿
黄5s
图1时序图
2功能
该电子产品实现的功能：本系统除基本交通灯功能以外，还有倒计时等功能，较好的模拟了十字路口出现的状况。
具体功能如下：
（1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，
此道车辆通过，行人禁止通行。时间为30秒。
（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。
（3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，
行人通行。时间为30秒。 东西方向车流大 通行时间长。
（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。
3硬件设施及简介
8051单片机一片，共阴极的七段数码管，两个双向晶闸管若干，电源若干，晶振电路，复位电路一个，LED红黄绿灯各三个。导线若干。
复位电路：给单片机进行复位工作。
数码显示管两个：显示倒计时时间。
2
单片机原理及系统课程设计报告
4 程序方框图
主程序流程图如图2所示。
图2 程序方框图
5 电路原理及说明
5.1总电路原理图
绘制出所做作品的原理图如图3所示。
3
单片机原理及系统课程设计报告
图3电路原理图
5.2 电路原理说明
电路工作原理：如附图所示，刚开始，各灯均闪五秒，之后东西绿灯25s黄
灯5s，南北方向红灯亮30s，倒计时结束，转向，南北方向绿灯25s，黄灯5s，东西方向红灯30s，依次循环。两个晶体管用来显示倒计时时间，12个不同颜色
的LED灯显示各方向的红绿灯情况。使用51单片机作为芯片，一个复位电路。
LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点
亮。七段数码管连接显示不同的数字如 SP，g,f,e,d,c,b,a 。 6系统仿真及实际调试
程序仿真是基于proteus软件的，仿真结果如图4所示
4
单片机原理及系统课程设计报告
图4仿真结果
7总结
在进行过程中遇到的问题及解决方法：
通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。
在进行过程中，遇到很多困难与问题，例如程序不会写，仿真不出结果，结果不正确等问题，但是困难总是有办法解决的，通过查询网络，请教同学等方式，改编出了源程序，请教同学做出来了仿真结果。为以后的课设继续进行打好了基础。
作为一名电气专业的大三学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。
我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。
5
单片机原理及系统课程设计报告
参考文献
[1] 余锡存 单片机原理及接口技术[M] 西安：西安电子科技大学出版社,2000.7
附录
程序如下
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char//宏定义uchar
#define uint unsigned int//宏定义uint
sbit RED_DONGXI = P1^0;//南北方向红灯亮
sbit YELLOW_DONGXI = P1^1;//南北方向黄灯亮
sbit RED_NANBEI = P1^3;//东西方向红灯亮
sbit GREEN_DONGXI = P1^2;//南北方向绿灯亮
sbit YELLOW_NANBEI = P1^4;//东西方向黄灯亮
sbit GREEN_NANBEI = P1^5;//东西方向绿灯亮
sbit DXweixuan1 = P1^6;//南北方向数码管位选1
sbit DXweixuan2 = P1^7;//南北方向数码管位选2
sbit NBweixuan1 = P3^0;//东西方向数码管位选1
sbit NBweixuan2 = P3^1;//东西方向数码管位选2
sbit L1=P3^5;
sbit L2=P3^6;
sbit L3=P3^7; //数码管显示位月、日、时、分选控制端 uint aa, bai,shi,ge,bb;
uint shi1,ge1,shi2,ge2,minute=00,hour=07,day=20,month=11;//月日时分初始值设定
uint month1,month2,day1,day2,hour1,hour2,minute1,minute2;//定义变量
/*数码管显示0-9*/
uint code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; uint code table1[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6}; /*子函数声明*/
void delay(uint z);
void delay0(uint z);
void init(uint a);
void display(uint shi1,uint ge1,uint shi2,uint ge2);
void xtimer0();
void init1();
void init2();
void init3();
void init4();
void init5();
void init6();
void display1();
/*********************************************************
6
单片机原理及系统课程设计报告
主函数
*********************************************************/ void main()
{
P0=0xFF;
P1=0xFF;
P2=0x00;
P3=0xFF;
EA=1; //打开外部中断
EX0=1; //允许外部中断0中断
IT0=0;
EX1=1; //允许外部中断1中断
IT1=0; //INT0为沿触发方式
init1(); //第1个位状态
while(1)
{
init2(); //第2个状态
init3(); //第3个状态
init4(); //第4个状态
init5(); //第5个状态
}
}
void init1()//预备状态东、西、南、北方向均亮红灯3S {
uint temp;
temp=3; //变量赋初值
TMOD=0x01; //定时器0工作于方式1 TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256; //定时器赋初值
EA=1; //开外部中断
ET0=1; //开定时中断
TR0=1; //开定时器0
while(1)
{
RED_DONGXI=0;
RED_NANBEI=0;
GREEN_DONGXI=1;
GREEN_NANBEI=1;
YELLOW_DONGXI=1;
YELLOW_NANBEI=1;
if(aa==20) //定时20*50MS=1S
{
aa=0; //定时完成一次后清0
temp--; //变量自减
}
shi1=shi2=temp/10; //显示十位
7
单片机原理及系统课程设计报告
ge1=ge2=temp%10; //显示个位
if(temp==0)
{
temp=5; //变量赋值为5
break;
}
display(ge1,shi1,ge2,shi2); //显示红绿灯显示剩余时间
}
}
void init2() //第二个状态：东西亮红灯30S~5S、南北亮绿灯25~0S; {
uint temp;
temp=26; //变量赋初值
TMOD=0x01; //定时器0工作于方式1
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256; //定时器赋初值
EA=1; //开外部中断
ET0=1; //开定时中断
TR0=1; //开定时器0
while(1)
{
RED_DONGXI=1;
RED_NANBEI=0;
GREEN_DONGXI=0;
GREEN_NANBEI=1;
YELLOW_DONGXI=1;
YELLOW_NANBEI=1;
if(aa==20) //定时20*50MS=1S
{
aa=0; //定时完成一次后清0
temp--; //变量自增
shi1=(temp+5)/10; //显示十位
ge1=(temp+5)%10; //显示个位
shi2=temp/10;
ge2=temp%10;
if(temp==0) //定时25S
{
temp=26; //变量清0
break;
}
}
display(ge1,shi1,ge2,shi2);
}
}
void init3() //第三个状态：南北绿灯变为黄灯闪5s、东西方向亮红灯5S {
uint temp;
temp=6; //变量赋初值
8
单片机原理及系统课程设计报告
TMOD=0x01; //定时器0工作于方式1
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256; //定时器赋初值
EA=1; //开外部中断
ET0=1; //开定时中断
TR0=1; //开定时器0
while(1)
{
RED_NANBEI=0;
GREEN_DONGXI=1;
if(aa==20) //定时20*50MS=1S
{
aa=0; //定时完成一次后清0
temp--; //变量自增
YELLOW_DONGXI=~YELLOW_DONGXI;
shi1=temp/10;
shi2=shi1; //显示十位
ge1=temp%10;
ge2=ge1; //显示个位
}
if(temp==0) //定时5S
{
temp=6; //变量赋值
break;
}
display(ge1,shi1,ge2,shi2);
}
}
void init4()//第四个状态：东西亮绿灯25~0S，南北方向亮红灯30~5S； {
uint temp;
temp=26; //变量赋初值
TMOD=0x01; //定时器0工作于方式1
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256; //定时器赋初值
EA=1; //开外部中断
ET0=1; //开定时中断
TR0=1; //开定时器0
while(1)
{
RED_DONGXI=0;
RED_NANBEI=1;
YELLOW_DONGXI=1;
GREEN_NANBEI=0;
if(aa==20) //定时20*50MS=1S
{
aa=0; //定时完成一次后清0
9
单片机原理及系统课程设计报告
temp--; //变量自增
shi1=temp/10;
shi2=(temp+5)/10; //显示十位
ge1=temp%10;
ge2=(temp+5)%10; //显示个位
if(temp==0) //定时25S
{
temp=26; //变量清0
break;
}
}
display(ge1,shi1,ge2,shi2);
}
}
void init5()//第五个状态：东西闪黄灯5~0s、南北红灯5S {
uint temp;
temp=6; //变量赋初值
TMOD=0x01; //定时器0工作于方式1 TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256; //定时器赋初值 EA=1; //开外部中断
ET0=1; //开定时中断
TR0=1; //开定时器0
while(1)
{
RED_NANBEI=1;
RED_DONGXI=0;
GREEN_DONGXI=1;
GREEN_NANBEI=1;
if(aa==20) //定时20*50MS=1S {
aa=0; //定时完成一次后清0 temp--; //变量自增
YELLOW_NANBEI=~YELLOW_NANBEI;
shi1=temp/10;
shi2=shi2; //显示十位
ge1=temp%10;
ge2=ge1; //显示个位
if(temp==0) //定时100S
{
temp=6; //变量清0
break;
}
}
display(ge1,shi1,ge2,shi2);
10
单片机原理及系统课程设计报告
}
}
void display(uint shi1,uint ge1,uint shi2,uint ge2) {
DXweixuan1=0;
DXweixuan2=1;
NBweixuan1=1;
NBweixuan2=1;
P0=table[ge1]; //显示十位 delay0(5);
DXweixuan1=1;
DXweixuan2=0;
NBweixuan1=1;
NBweixuan2=1;
P0=table[shi1]; //显示个位 delay0(5);
DXweixuan1=1;
DXweixuan2=1;
NBweixuan1=0;
NBweixuan2=1;
P0=table[ge2]; //显十位 delay0(5);
DXweixuan1=1;
DXweixuan2=1;
NBweixuan1=1;
NBweixuan2=0;
P0=table[shi2]; //显示个位 delay0(5);
}
void xint0() interrupt 0 //外部中断0 {
RED_NANBEI=0;
RED_DONGXI=0;
GREEN_NANBEI=1;
GREEN_DONGXI=1;
YELLOW_NANBEI=1;
YELLOW_DONGXI=1;
P0=0x00;
NBweixuan1=0;
NBweixuan2=0;
DXweixuan1=0;
DXweixuan2=0;
display1();
return ;
}
void xint1() interrupt 2 //外部中断1 {
RED_NANBEI=1;
RED_DONGXI=1;
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单片机原理及系统课程设计报告
GREEN_NANBEI=0; GREEN_DONGXI=0;
YELLOW_NANBEI=1; YELLOW_DONGXI=1; P0=0x00;
NBweixuan1=0;
NBweixuan2=0;
DXweixuan1=0;
DXweixuan2=0;
return ;
}
/*定时中断子函数*/
void xtimer0() interrupt 1 {
TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256; aa++;
}
/*延时子函数*/
void delay0(uint z)
{uint i,j;
for(i=0;i<z;i++)
for(j=0;j<110;j++); }
void delay(unsigned int j) {
unsigned char k;
unsigned int i;
for(;j>0;j--)
{
for(i=1250;i>0;i--) {
for(k=180;k>0;k--); }
}
}
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