花样流水灯的设计概述

课程设计说明书 第I页

花样流水灯的设计

摘 要

城市夜景中，变幻多姿的霓虹灯历来是一道亮丽的风景。利用单片机的自动控制功能，设计出相应不同的电路，可以实现彩灯不同模式的流水效果。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即使单片机。单片机的最明显的优势，就是想入到各种仪器，设备中。本课程是利用AT80C51单片机的自动控制功能，并结合其它电子元器件以及软件实现的流水灯，实现不同种类的流水现象。

关键字：AT80C51单片机,LED，花样流水灯

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目录

1绪论 ............................................................................................................................................... 1

2 相关元件及电路设计 ................................................................................................................... 1

2.1 AT89C51芯片功能特性及应用 ........................................................................................ 1

2.2 MCS-51单片机 .................................................................................................................. 2

2.2.1 内部结构 ............................................................................................................... 2

2.2.2 引脚定义 ............................................................................................................. 2

2.2.3 外部总线构成 ....................................................................................................... 4

2.3单片机时钟电路及时钟时序单位 .................................................................................... 5

2.4单片机的复位 .................................................................................................................... 7

2.4.1 复位状态 ............................................................................................................. 7

2.4.2 复位电路 ............................................................................................................. 8

3电路及程序设计 ............................................................................................................................ 9

3.1电路原理图设计 ................................................................................................................ 9

3.2电路程序设计 .................................................................................................................. 10

总结 ................................................................................................................................................ 17

致谢 ................................................................................................................................................ 18

参考文献......................................................................................................................................... 18

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1绪论

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。目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。本设计用AT89C51单片机自制了一款简易的花样流水灯，介绍了其硬件电路及软件编程方法，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。

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。本课题将以发光二极管作为发光器件，用单片机自动控制，实现一个简易的花样流水灯设计。

2 相关元件及电路设计

2.1 AT89C51芯片功能特性及应用

单片机在我们的日常生活和工作中无处不在、无处不有：家用电器中的电子表、洗衣机、电饭褒、豆浆机、电子秤；住宅小区的监控系统、电梯智能化控制系统；汽车电子设备中的ABS、GPS、ESP、TPMS；医用设备中的呼吸机，各种分析仪，监护仪，病床呼叫系统；公交汽车、地铁站的IC卡读卡机、滚动显示车次和时间的LED点阵显示屏；电脑的外设，如键盘、鼠标、光驱、打印机、复印件、传真机、调制解调器；计算机网络的通讯设备；智能化仪表中的万用表，示波器，逻辑分析仪；工厂流水线的智能化管理系统，成套设备中关键工作点的分布式监控系统；导弹的导航装置，飞机上的各种仪表等等。有资料表明：2007年全球单片机的产值达到151亿美元，我国单片机的销售额达到400亿元人民币，我国每年单片机的需求量达50至60亿片，是全球单片机的最大市场。可以说单片机已经渗透到了我们生活的各个领域。

在AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调课程设计说明书 第2页

电容C1、C2形成反馈电路，可构成稳定的自激振荡器，振荡频率通常是1.2~12MHz。若晶体振荡器频率高，则系统的时钟频率也高，单片机的运行速度也就快

2.2 MCS-51单片机

2.2.1 内部结构

MCS-51系列单片机内部采用模块式结构，其结构组成框图如图1所示。

中断控制定时/计数器1定时/计数器0程序存储器数据存储器4K/8K字节ROM128/256字节RAM串行口时钟电路CPU总线控制并行 口P0P1P2P3TXDRXD控制

图1 MCS-51系列单片机组成框图

由图1可见，MCS-51系列单片机主要由以下部件通过片内总线连接而成：中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、并行输入/输出口（P0口~P3口）、串行口、定时器/计数器、中断控制、总线控制及时钟电路。

2.2.2 引脚定义

引脚是单片机和外界进行通信的通道连接点，用户只能通过引脚组建控制系统。从应用的角度来看，引脚的应用是单片机应用的一个重要基础。因此熟悉引脚是学习应用单片机的基础。

MCS-51系列单片机的引脚封装主要有： PDIP40、PLCC44和PQFP/TQFP44。不同封装的芯片其引脚的排列位置有所不同，但他们的功能和特性都相同。方形封装（PLCC44和POFP/TQFP44）有44引脚，其中4个NC为空引脚。采用40引脚PDIP封装的80C51单片机的引脚排列及逻辑符号如图2所示。 课程设计说明书 第3页

由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数量是有限的，但单片机为实现控制所需要的信号数目却远远超过其引脚数目。为解决这一矛盾，单片机的某些信号引脚被赋以双重功能。

1）电源及电源复位引脚：

（1）VCC（40脚）：正常操作时接+5V直流电源。

（2）VSS (20脚)：接地端。

P1P0P3P2RSTALEXTAL1XTAL2VCCVSSPSENEAI/OI/OI/OI/O图2 40引脚PDIP封装的80C51单片机的引脚排列及逻辑符号图

（3）RST/VPD（9脚）：复位信号输入端。在该引脚上输入一定时间（约两个机器周期）的高电平将使单片机复位。该引脚的第二功能是VPD，即备用电源输入端。当主电源发生故障，降低到低电平规定值时，可将+5V备用电源自动接入VPD端，以保护片内RAM中的信息不丢失，使复电后能继续正常运行。

（4）EA/VPP（31脚）：访问程序存储器控制信号/编程电源输入。当EA保持高电平时，访问内部程序存储器，访问地址范围在0~4KB内；当PC（程序计数器）值超过0FFFH，即访问地址超出4KB时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序；当EA保持低电平时，不管单片机内部是否有程序存储器，则只访问外部程序存储器（从0000H地址开始）。由此可见，对片内有可用程序存储器的单片机而言，EA端应接高电平，而对片内无程序存储器的单片机，可将EA接地。

对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于施加21V的编程电源（VPP）。

2）时钟振荡电路引脚XTAL1和XTAL2：

（1）XTAL1（19脚）：外接石英晶体和微调电容引脚1。它是片内振荡电路反向放大器的输入端。采用外部振荡器时此引脚接地。