1、單片機(jī)原理及應(yīng)用2013-2014學(xué)年第一學(xué)期單片機(jī)原理及應(yīng)用大作業(yè)題目：指示燈開關(guān)控制器學(xué)生姓名 龐玉穎 學(xué) 號 1021211204 所屬學(xué)院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級 計(jì)算機(jī)15-2班 授課教師 張 任 教師職稱 講 師 塔里木大學(xué)教務(wù)處制單片機(jī)原理及應(yīng)用摘要 隨著時(shí)間的推進(jìn)，時(shí)代變得越來越人性化，服務(wù)人的物品和電器也隨著我們的不同需求而改變的個(gè)性化與舒適化。在我們的日常生活中，隨處可見的指示燈便是運(yùn)用了單片機(jī)的原理，不僅只需要小小的一個(gè)芯片就可以能夠指示所有的交通，更是可以能應(yīng)用在很多的電器上，這只智慧的結(jié)晶，也是人類在科技上的進(jìn)步，指示燈被用在飛機(jī)，路燈，紅綠燈

2、，船舶等方面，加深了單片機(jī)指示燈控制的價(jià)值，所有的科學(xué)應(yīng)用都是在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)情況下得到很好的發(fā)展。關(guān)鍵詞：指示燈、80c51單片機(jī)、LED燈、芯片。AbstractOver time, time is becoming more and more humanized, service items and electrical appliances as we also change with the different requirements of personalized and comfort. In our daily life, everywhere is the indicator

3、of the principle of using the single chip microcomputer, only need a small chip can not only can instruct all the traffic, but also can can be used in many applications, the crystallization of the wisdom, is human's progress in science and technology, light is used in aircraft, street lamps, tra

4、ffic lights, ships, etc., to deepen the value of the single-chip microcomputer light control, all scientific application is under the condition of the rigorous science to obtain the very good development.Keywords: light, 80 c51, LED lamp, the chip.目錄摘要3目錄41.緒論51.1課題背景及研究意義51.2國內(nèi)外現(xiàn)狀51.3課程設(shè)計(jì)的目的51.4課題的

5、主要工作62.系統(tǒng)概述62.1方案論證62.2系統(tǒng)元件清單62.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理72.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟72.5指示燈開關(guān)控制器預(yù)期效果73.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.1 主控電路設(shè)計(jì)73.2指示燈開關(guān)控制器系統(tǒng)原理圖84.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)84.1主程序設(shè)計(jì)84.2 指示燈開關(guān)控制器程序分析84.3程序流程圖94.4程序源代碼94.5在Proteus ISIS中的程序結(jié)果104.6在Proteus ARES中的程序結(jié)果124.7在Proteus ARES中的3D效果圖13個(gè)人總結(jié)14參考文獻(xiàn)15附錄A 系統(tǒng)整體電路16附錄B 全部程序清單171.緒論1.1課題背景及研究意義單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)

6、模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括：運(yùn)算器、控制器、主要寄存器（累加器A、數(shù)據(jù)寄存器DR、指令寄存器IR和指令譯碼器ID、程序計(jì)數(shù)器PC、地址寄存器AR）。近年來單片機(jī)發(fā)展十分迅速，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。 本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特

7、別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e(cuò)獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一

8、系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。1.3課程設(shè)計(jì)的目的（1）學(xué)習(xí)匯編語言的編程和調(diào)試方法，了解80C51單片機(jī)的用途和結(jié)構(gòu)，了解

9、I/O口基本輸入/輸出功能。學(xué)習(xí)使用Proteus 模塊的原理圖繪圖方法及單片機(jī)系統(tǒng)仿真運(yùn)行方法。（2）鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識面，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決問題。（3）培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力。（4）通過對課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。1.4課題的主要工作本課題的研究重點(diǎn)是設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的指示燈/開關(guān)控制系統(tǒng)。能夠根據(jù)所按下的開關(guān)打開對應(yīng)的燈。具體內(nèi)容如下：（）程序開始運(yùn)行后8只發(fā)光二極管先整體閃爍3次；（）根據(jù)開關(guān)狀態(tài)控制對應(yīng)發(fā)光二極管

10、的亮燈狀態(tài)；2.系統(tǒng)概述2.1方案論證根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，功可以歸納總結(jié)為兩個(gè)方案，具體方案如下：方案一：在熟悉Proteus軟件下，了解軟件的結(jié)構(gòu)組成與功能，進(jìn)行模仿指示燈開關(guān)控制器的開發(fā)，利用匯編語言的程序設(shè)計(jì)方法來做程序的代碼編程，可是這樣就存在了一定的知識不夠的理想狀態(tài)，不僅要有對匯編語言的深刻理解和認(rèn)識，并切還要掌握一定的知識理論在ISIS模塊中進(jìn)行匯編程序的錄入和編寫、調(diào)試。我們對匯編語言并沒有過深的學(xué)習(xí)，所以這樣反而加大了時(shí)間上的延伸，這是時(shí)間不能夠允許的。理解單片機(jī)程序控制原理還是對實(shí)現(xiàn)指示燈開關(guān)控制器的預(yù)期功能都達(dá)不到，所以這種方案我們直接舍棄。方案二：先是通過電路圖的繪制，在

11、進(jìn)行ISIS模塊中進(jìn)行匯編程序的錄入，這樣不僅能夠節(jié)省很大的時(shí)間而且還能在繪圖時(shí)給我們理解的知識加入到匯編程序中去。等電路圖和匯編語言寫好后再進(jìn)行調(diào)試就會加快我們的課設(shè)進(jìn)度，不用查找過多的資料和深刻分析程序。因?yàn)樵谖覀兝L圖時(shí)就已經(jīng)對匯編有一定的分析和解讀。并且能夠掌握知識重要度和理論性知識更加深刻，對匯編也會加深理解和操作能力，我認(rèn)為方案二好。 結(jié)論：選擇方案二不僅能夠給我們節(jié)省一部分時(shí)間來沖分驗(yàn)證，而且還給我們自己練習(xí)的空間，這樣就會在做成課設(shè)的同時(shí)加深我們對書籍，編譯語言，繪圖方面的深化和鞏固，達(dá)到我們預(yù)期的目標(biāo)。所以我選擇方案二。2.2系統(tǒng)元件清單CategoryReferenceVal

12、ueMicroprocessor ICsU180C51MiscellaneousX1/12MHzCRYSTALCapacitorsC2C3/30pFCAPCapacitorsC1/22uFCAP-ELECResistorsR1/1kRESResistorsR2R9/200RESOptoelectronicsD1D8LED-YELLOWSwitches&RelaysSW1SW8SWITCH圖1：系統(tǒng)元件清單2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理輸入電路由外接在P1口的吧只開關(guān)組成；輸出電路由外接在P2口的八只發(fā)光二極管組成。此外，還包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。程序啟動后，八只發(fā)光二極管先整體閃爍3次（即亮暗亮暗

13、亮暗，間隔時(shí)間以肉眼可觀察到為準(zhǔn)）。然后根據(jù)開關(guān)狀態(tài)控制對應(yīng)發(fā)光二極管的亮燈狀態(tài)，即開關(guān)閉合和相應(yīng)燈亮，反之則相反。2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟（1）在ISIS中繪制電路原理圖,按照圖1將元件添加到編輯環(huán)境中；（2）在ISIS中編寫匯編語言程序；（3）利用ISIS的匯編調(diào)試功能檢查程序的語法和編輯錯(cuò)誤；（4）觀察仿真結(jié)果，檢查程序與電路的正確性。2.5指示燈開關(guān)控制器預(yù)期效果當(dāng)程序啟動時(shí)，可以看到8只發(fā)光二極管整體循環(huán)閃爍三次，閃爍快慢由延時(shí)時(shí)間決定，間隔時(shí)間由所設(shè)定的80c51的頻率決定，然后根據(jù)所設(shè)開關(guān)的狀態(tài)對應(yīng)二極管的亮燈狀態(tài)。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 主控電路設(shè)計(jì) 圖2:80C51單片機(jī)P1口讀取

14、開關(guān)狀態(tài)的工作原理:通過P1的讀引腳功能來實(shí)現(xiàn),由于P1口內(nèi)設(shè)上拉電阻，在開關(guān)閉合前讀取高電平，經(jīng)過三態(tài)門在P1.n輸出高電平。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，由于與地面相連，P1讀取低電平，經(jīng)過三態(tài)門在P1.n輸出低電平。P1口輸出工作原理：單片機(jī)執(zhí)行寫P1,#data時(shí)，數(shù)據(jù)data經(jīng)過內(nèi)部總線送入鎖存器儲存。當(dāng)數(shù)據(jù)為，則該位鎖存器輸出Q=1，則非Q為0，場效應(yīng)管截止，從而在引腳P1.n上輸出高電平；反之，如果數(shù)據(jù)為0，則Q=1，非Q為0，場效應(yīng)管導(dǎo)通，引腳P1.n上輸出低電平。P2口控制LED燈的原理也是通過P2口的輸出原理實(shí)現(xiàn)的，程序不斷把P1的內(nèi)容傳遞給P2。當(dāng)給P1口賦初值0或開關(guān)閉合時(shí)，P1.n輸

15、出0，P2口讀取0，在引腳P2.n上輸出低電平，由原理圖中LED的擺放方式知LED燈低電平導(dǎo)通。同理當(dāng)給P1口賦初值#FFH或開關(guān)斷開時(shí)，P1.n輸出1，P2口讀取1，在引腳P2.n上輸出高電平，LED燈截止，燈滅。3.2指示燈開關(guān)控制器系統(tǒng)原理圖 圖3：系統(tǒng)電路原理圖4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程先執(zhí)行）這樣就可以能夠測出指示燈開關(guān)控制器的指示情況來。4.2 指示燈開關(guān)

16、控制器程序分析（1）程序開始運(yùn)行后8只發(fā)光二極管先整體閃爍3次（即亮暗亮暗亮暗）。亮燈：向P2口送入數(shù)值0（P2<-0）;滅燈：向P2口送入數(shù)值0FFH（P2<-0FFH）； 閃爍次數(shù)：整體循環(huán)三次；閃爍快慢：軟件延時(shí)時(shí)間。（2）根據(jù)開關(guān)狀態(tài)控制燈亮與燈滅，即開始閉合相應(yīng)燈亮，反之則相反。開關(guān)控制燈：將P1口內(nèi)容送入P2口（P2<-P1）;無限持續(xù)：整體無條件循環(huán)。4.3程序流程圖P2 P1計(jì)數(shù)器-1=0計(jì)數(shù)器#3延時(shí)xmsP2#030延時(shí)xmsP2#0FFH開始圖4：程序流程圖4.4程序源代碼 MOV R5,#3 LOOP1: MOV P2,#0 ACALL DELAY M

17、OV P2,#0FFH ACALL DELAY DJNZ R5,LOOP1 LOOP2: MOV P2,P1 SJMP LOOP2 DELAY: MOV R0,#100 DEL0: MOV R1,#50 DEL1: MOV R2,#25 DEL2: DJNZ R2,DEL2 DJNZ R1,DEL1 DJNZ R0,DEL0 RET END4.5在Proteus ISIS中的程序結(jié)果（1）在ISIS中電路效果圖：圖5：指示燈開關(guān)控制器電路圖（2）根據(jù)開關(guān)狀態(tài)控制對應(yīng)發(fā)光二極管的亮燈狀態(tài)；當(dāng)按下開關(guān)所有時(shí)：圖6：按下所有開關(guān)后的效果圖（3）當(dāng)按下開關(guān)SW2、SW4、SW6、SW8時(shí)：圖7：當(dāng)按下

18、開關(guān)SW2、SW4、SW6、SW8的效果圖（4）當(dāng)按下開關(guān)SW1、SW3、SW5、SW7時(shí)：圖8：當(dāng)按下開關(guān)SW1、SW3、SW5、SW7的效果圖（5）代碼調(diào)試窗口：圖9：代碼調(diào)試窗口4.6在Proteus ARES中的程序結(jié)果 圖10：在Proteus ARES中的指示燈開關(guān)控制器鍍銅效果圖 圖11：鍍銅后的指示燈開關(guān)控制器4.7在Proteus ARES中的3D效果圖（1）3D效果俯視圖：圖12：3D效果俯視圖（2）3D效果正面圖：圖13:3D效果正面圖個(gè)人總結(jié)本次大作業(yè)是在學(xué)過匯編語言后的實(shí)踐，由于一些實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，本次單片機(jī)大作業(yè)在繪制指示燈開關(guān)控制器原理圖的過程中并未出現(xiàn)大問題。此外，

19、還學(xué)會了一種自動遞增產(chǎn)生標(biāo)注的方式，提高了標(biāo)號的效率。繪制電路時(shí)，需要注意LED的放置方式，擺放狀態(tài)的不同會影響導(dǎo)通條件。我所做的指示燈開關(guān)控制器的功能是：當(dāng)程序啟動時(shí)，可以看到8只發(fā)光二極管整體循環(huán)閃爍三次，閃爍快慢由延時(shí)時(shí)間決定，間隔時(shí)間由所設(shè)定的80c51的頻率決定，根據(jù)所設(shè)開關(guān)的狀態(tài)可以控制對應(yīng)二極管的亮燈狀態(tài)。這次單片機(jī)大作業(yè)最重要的內(nèi)容是源程序的書寫，源代碼的編譯，加載和運(yùn)行。本次大作業(yè)的源程序是書上214頁實(shí)驗(yàn)二所給流程圖的步驟來書寫的。在進(jìn)行程序編譯時(shí)，我通過不斷的改正和調(diào)試，進(jìn)一步認(rèn)識到了匯編語言的形式。與此同時(shí)，在調(diào)試可執(zhí)行文件時(shí)，將源代碼，CPU寄存器，SFR的相關(guān)狀態(tài)對

20、話框同時(shí)調(diào)出，使我更加直觀地了解到80c51單片機(jī)在執(zhí)行指令時(shí)，內(nèi)部的狀態(tài)變化。不僅給我自己增長了見識，還給我以后的調(diào)試都打下了良好的基礎(chǔ)。通過這次大作業(yè)我了解哪些方面不足，我今后會更加努力的朝著全面的方向發(fā)展，在同學(xué)的幫助和自己的不懈努力下完成的。也體會到團(tuán)結(jié)的重要性何必要性，一個(gè)團(tuán)隊(duì)不能只有自己，還要有其他人，這樣就會向成功邁向關(guān)鍵的一步。總體來說，這次單片機(jī)大作業(yè)還是比較順利的。在自己動手實(shí)踐的過程中，讓我更直觀的認(rèn)識到單片機(jī)的工作原理，增添了對學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣和信心。為我以后的學(xué)習(xí)還是工作都打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1劉德營、張志霞、龔麗農(nóng)、李志偉.單片機(jī)原理及接口技術(shù).中國水利水電出

21、版社.2黃堅(jiān).自動控制原理及其應(yīng)用.高等教育出版社.3黃雙成.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).中國電力出版社.4杜樹春.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例詳解.機(jī)械工業(yè)出版社.5繼強(qiáng)、邢春香.單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程.北京航空航天大學(xué)出版社.6楊路明.C語言程序設(shè)計(jì)教程.北京郵電大學(xué)出版社. .  7羅亞非.凌陽16 位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)M.北京航空航天大學(xué)出版社.8查振亞,葉向陽. 智能控制系統(tǒng)J. 華中理工大學(xué)學(xué).9譚浩強(qiáng).C 程序設(shè)計(jì)M. 清華大學(xué)出版社.10何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全M.北京航空航天大學(xué)出版社.11李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京

22、航空航天大學(xué)出版社.12李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（修訂版）M.北京航空航天大學(xué)出版社.13閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）M.高等教育出版社.14胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.清華大學(xué)出版社.15何立民.單片機(jī)高級教程M.北京航空航天大學(xué)出版社.16陳汝全.電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊M.第二版，機(jī)械工業(yè)出版社.17歐偉民.基于單片機(jī)的LED控制系統(tǒng)J.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).18沈鴻星.LED信號燈系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)J.電子工程師.  19白炳良.單片機(jī)自動控制LED燈J.漳州師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科版).20Y.DANIEL LIANG著.INTRODUCTINON TO PROGRAMMING WITH C+. 機(jī)械工業(yè)出版社.21H.M.DEITEL著.C HOW TO