基于单片机的摇摇棒模型毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的摇摇棒模型毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

脚序列 口引脚 功能 1~8 ~ 8位准双向 IO口 9 RST 复位输入口 10 11 12 13 14 15 16 17 18~19 XTAL1~XTAL2 时钟振荡器的输入输出口 20 GND 信号地 21~28 ~ 8位双向 IO口存储器的高 8位地址 29 PSEN 程序存储允许信号端 30 ALE/PROG 片外存储器地址锁存信号端 31 EA/VPP 内外程序存储器选择控制端 32~39 ~ 数据 /低八位地址复用口 40 VCC 正向电源输入端 表 21 引脚定义 复位电路 STC89c52 单片机的的常用的复位电路主要有两种，一种是上电复位，另外一种是手动复位，其中手动复位 包括了上电复位的功能，由于摇摇棒 设计中考虑到手动复位多了这里不需要的功能 ，因此在这里不考虑使用手动复位，而采用了上电复位的方式来实现单片机复位。 上电复位电路组成的元件由一个 22uf 的电容和一个 1K 的电阻组成，单片机复位的条海南软件职业技术学院毕业设计 (论文 ) 9 件是：必须使 RST(第 9 引脚 )加上持续两个以上机器周期 (即 24 个脉冲振荡周期 )以上的高电平。 若时钟频率为 12MHz，每个机器周期为 1us,则需要加上持续 2us 以上的高电平。 单片机的复位电路如图 22 所示。 图 22 复位电路 时钟电路 单片机其实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控制严格地按时序进行工作。 时钟电路用于产生单片机工作所需要的信号。 在 MCS51 为核心的单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端引脚为 XTAL1,其输出端引脚为 XTAL2。 只要在 XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和瓷片电容，就可以构成自激振荡器，在时钟电路中由 1 个 12MHz 的晶振、 2 个 30pF 的瓷片电容组成具体电路如图 23 所示。 一般地，晶 振比较常用的有 6MHz、 12MHz。 晶振的频率越高，系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也就越快。 STC 的单片机最到支持可以支持到 40MHz 的晶振，但为了系统能够稳定的运行还是选择常用的晶震，如果单片机上使用了串行口通信，则一般回考虑使用 的晶振，方便波特率的计算。 海南软件职业技术学院毕业设计 (论文 ) 10 图 23 时钟电路 LED 基本介绍及原理 在电路中 并不使用 使用 3MM 的 LED,而是采用了 5MM 的高亮 LED 灯， 5MM 的高亮LED 有多种颜色，除了多种颜色外还有双色的，一只 LED 可以两出两中颜色 ，因此 5MM高亮的 LED 达到想要的效果，远距离观看的效果更佳。 LED 内部结构及原理 LED（ Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。 LED 的心脏是一个半导体的晶片。 在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。 半导体晶片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。 但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“ PN 结”。 当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向 P 区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子 的形式发出能量，这就是 LED 发光的原理。 而光的波长决定光的颜色，是由形成 PN 结材料决定的。 (图 24 所示 ) 海南软件职业技术学院毕业设计 (论文 ) 11 图 24 LED内部结构 LED 硬件电路 电路中采用了 16 只红色 5MM 高亮的 LED,所有的 LED 使用共阳极的方案并联起来，并给电源端加上了 IN4007 整流二级管，还在 LED 的正级接上了 200 欧姆的保护电阻，经过测试如果只接上一只 IN4007 整流管 ,实际测量得到 LED 的电流在 30mA 左右， LED 点亮久后会发热，这样 LED 的寿命就会减短，因此必须加上保护电阻，加上保护电阻 测量电流达到 15~20mA 左右，并却没有发热的迹象，因此采用此方案， 具体如图 25 所示。 图 25 LED电路图 开关电路 电路中开关使用了滚珠开关，它和水银开关的原理类似，水银是一种有毒的化学物质，而且 不环保，市面上水银开关大多都是玻璃制造的，容易破碎故在电路中没有使用水银开关，而选用了滚珠开关。 滚珠开关也叫钢珠开关，珠子开关，其实都是震动开关的一种只是叫法不一样是通过珠子滚动接触导针的原理来控制电路的接通或者断开的。 滚珠开关简单来说，就如同打开海南软件职业技术学院毕业设计 (论文 ) 12 或关掉电灯一样，开关触碰 里头的金属板电灯就亮，离开就关，滚珠开关也是利用类似的原理。 利用开关中的小珠的滚动，制造与金属端子的触碰或改变光线行进的路线，就能产生导通或不导通的效果。 滚珠开关的原理和水银开关的原理和用法差不多相同，当摇晃滚珠滚到金色引脚那一端的时候就会导通，正是这个原理可以用做单片机外部中断的下降沿的信号控制，在使用滚珠开关提供单片机下降沿信号时，要给一个 10K 的上拉电阻给单片机这样滚珠开关没有接通的时候外部中断引脚就会保持高电平，一但接通会产生一个下降沿中断，摇摇棒要使用滚珠开关，如果没有滚珠开关就摇摇棒就回产生镜 像效应，使用滚珠开关的作用就在以此，具体的电路如图 26 所示 ，电路图中 SWSPST 为滚珠开关。 图 26 开关电路 ISP 下载电路 STC89 系列单片机大部分具有在系统可编程 (ISP)特性， ISP 的好处是：省去购买通用编程器，单片机在用户系统上即可下载 /烧录用户程序， 无须将单片机从生产好的产品上拆下来，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机内部。 有些程序尚未定型的产品可以一边生产，一边完善，加快产品进入市场的速度，减小了新产品由于软件缺陷带来的风险。 由海南软件职业技术学院毕业设计 (论文 ) 13 于可以将程序直接下载进单片机看运行结果故也可以不用仿真器。 大部分 STC89 系列单片机在销售给用户之前已在单片机内部固化有 ISP 系统引导程序，配合 PC 端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，故无须编程器（速度比通用编程器快）。 不要用通用编程器编程，否则有可能将单片机内部已经固化的 ISP系统引导程序擦除，造成无法使用 STC 提供的 ISP 软件下载用户程序代码。 在单片机彻底没电的情况下，给单片机上电复位，是它冷启动。 如果外部手动复位，单片机不会运行 ISP程序。 单片机冷启动后，开始进行系统 ISP监控程序，同时检测 有无合法下载命令流，如果没有则立即跑到 用户程序。 如下为 STC89 系列单片机的典型 ISP 电路图，在这里使用了 MAX232 替代了 STC3232但基本电路图是通用的，电路如图 27 所示。 图 27 ISP电路 3 软件设计及实现 本节介绍了摇摇棒软件设计过程中所需要的一些软件和软件设计的流程。 开发环境 工欲善其事， 必 先利其器。 一个良好的开发环境能够使开发人员事半功倍。 单片机的开发工具有很多，各式各样的都有，其中在 8051 单片机中最常用的就有两款，分别是 KEIL C5和 SDCC 两款。 其中 SDCCSmall Devicd C Compiler,SDCC 是一个优化的标准 C 交叉编译器，目标 CPU 为基于 INTEL 8051， Maxim 80DS390,Zilog Z80 和 Motorola 68HC08的单片机。 SDCC 是一个免费的开放源代码。 同时 SDCC 也是一款跨平台的开发工具，现在支持 Windows、 Linux、 Unix 和 Mac 等系统 ，但 SDCC 没有 IDE 开发环境，不过有第三海南软件职业技术学院毕业设计 (论文 ) 14 方的 IDE 软件，还需要整合比较麻烦。 另外一款开发工具就是 Keil C51 了，在 8051 单片机开发上应用很广。 Keil C51 是一个 IDE 开发工具，除了界面美观之外， 并对 c 语言支持的很好。 由于 SDCC 对 8051 单片机方面的资料比较少，故选用了 Keil C51 作为主要的开发环境， Keil C51 在 8051 单片机资料非常的广，因此在它上面做开发会有较多的参考 ， 图 31为 Keil C51 的界面。 图 31 Keil主界面 汉字图形取模软件 取模软件非常之多，但选取的时候应该考虑到 LED 电路中是否适合正在使用的取模软件，经过多款取模软件的测试，选定了 xiaoqi 汉字图形取模软件。 Xiaoqi 汉字图形取模软件是晓奇工作室所开发的一款界面友好，多功能的取模软件。 如图 32 所示。 海南软件职业技术学院毕业设计 (论文 ) 15 图 32 QiaoQi 主界面 在使用过程中选用了数据的排列方式为从上到下从左到右、输出的格式选择了 C语言、取模方式选择了纵向 8 点下高位，其他的不变，取模的方式是根据 LED 电路而决定。