基于单片机的led跑马灯设计(编辑修改稿)

基于单片机的led跑马灯设计(编辑修改稿)内容摘要：

单字节指令双机器周期 双字节指令单机器周期 12 双字节指令双机器周期 三字节指令双机器周期 单字节指令四机器周期 (如单字节的乘除法指令 ) 本次设计中 MCU 单片机外接晶振为 12MHz 时具体值为： 振荡周期 (时钟周期 )＝ 1/12MHz＝ 1/12μs ＝ 机器周期＝ 12*1/12μs ＝ 1μs 指令周期＝ 1～ 4μs 说明： ， 12MHz=1210 的 6 次方，即每秒发出 12020000 个脉冲信号，那么发出一个脉冲的时间就是时钟周期，即 1/12微秒。 12 个 振荡 周期，所以是 1微秒。 、 LED 灯管 LED 具有功耗少、寿命长、光谱宽（眼睛看得舒适度好 ）、使用广泛，能灵活拼装各种需要的形状等优点。 一般来说 LED 的工作电压是。 工作电流是。 这就是说：它消耗的电能不超过。 在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达 10万小时。 此外， LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻，硬件电路实现起来比较方便。 因此本设计采用 15 个发光二级管，组合成三角形，从而控制其灵活变化，设计出展示的方案。 、数码管 数码管是一种半导体发光 器件 ，其基本单元是 发光二极管。 本设计之所以选择数码管是因为在设计方案里面计划 LED 跑马灯共有九种变化模式，而数码管在各种模式变化过程当中负责显示 19九个数字，从而示意模式的转换，使展示更加明了，效果明显且有条理。 、蜂鸣器 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用 直流电压 供电，广泛应用于 计算机 、打印机、复印机、报警器、 电子玩具 、汽车电子设备、电话机、 定时器 等 13 电子产品中作发声 器件。 由于使用 15个 LED， 闲置，再根据蜂鸣器的各种用途受到启发，在本设计中加一个蜂鸣器，当 LED 九种模式展示完毕之后，蜂鸣器发出声响，以示九种模式展示完毕，然后继续回到一模式进行展示，直到关掉电源为止。 、锁存器 由于本设计中需要数码管维持某个数据，那么往往要持续快速的刷新，为了减少对处理器处理能力的消耗，利用锁存器对所传输的数据进行锁存，直到下一个新的数据需要被锁存为止。 这样一来，锁存器保持数据状态期间处理器的处理时间和 I/O 引脚便可以 释放。 此外，锁存器的缓存作用使快速工作的 CPU 与缓慢工作的锁存器相协调，从而使数码管中各段管子亮起时间差减小。 因而本设计加用了锁存器，使系统工作方便，显示效果得到完善。 系统框图 电源 STC89C52 单片机 晶 振 电路 LED 显示 复位电路 14 单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。 最小系统原理图如图。 图 原理图 电源供电模块 的实现 对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。 51 系列 单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机， 51 系列 单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源 15 供电模块。 此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的 USB 口供给 复位电路 单片机的复位，是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。 单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚 RST 上外接电阻和电容，实现上电复位。 当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。 复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。 具体数值可以由 RC电路计算出时间常数。 复位电路 有 按键复位和上电复位两 种。 （ 1） 上电复位 ： STC89C52RC 系列单片 机 为高电平复位，通常在复位引脚 RST上连接一个电容到 VCC，再连接一个电阻到 GND，由此形成一个 RC充放电回路保证单片机在上电时 RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为 10K 和 10uF。 如图 所示。 图 上电复位电路图 （ 2） 按键复位： 按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、 RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。 如图。 16 图 由于 按键复位 可控性稍强， 比较适合样品制作或者实验室调试场合 ，本设计采用按键复位。 如图 所示。 图 复位电路图 晶振电路 图 晶振 电路图 单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全 称 叫晶体振荡器， 它 结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机 晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片 机 的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。 在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。 高级的精 17 度更高。 有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（ VCO）。 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的 单频振荡。 单片机晶振的 作用是为系统提供基本的时钟信号。 通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。 有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。 晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。 如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。 STC89C52RC使用 12MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，一般选用 20~30pF的瓷片电容。 LED电路 的实现 (1) LED 结构 (2) LED 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。 晶片的一端附在一个支架上，一端是 负极 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。 而光的波长也就是光的颜色，是由形成 PN 结的材料决定的。 根据不同材料 发光二极管的发光颜色有：红色光、黄色光、绿色光、红外光等。 LED有共阴极和共阳极两种。 在此设计中我们采用共阳极，共阳极将发光二极管 18 的阳极连接在一起，接入 +5V 的电压。 普通发光二级管的工作电流是 520 毫安，本设计中采用的是 3mm发光二级管，所以采用 470Ω电阻限流，使其正常工作，工作电流约为 10毫安（一 般有色发光二极管工作电流约为 10毫安，透明发光二极管工作电流为 20 毫安）。 D1L E DD2L E DD3L E DD4L E DD5L E DD6L E DD7L E DD8L E DD9L E DD 10L E DD 11L E DD 12L E DD 13L E DD 14L E DD 15L E DD 16L E DD 17L E DD 18L E DD 19L E DD 20L E DD 21L E DD 22L E DD 23L E DD 24L E DD 25L E DD 26L E DD 27L E DD 28L E DD 29L E DD 30L E DD 31L E DD 32L E DR12. 2KR22. 2KR32. 2KR42. 2KR52. 2KR62. 2KR72. 2KR82. 2KR92. 2KR 102. 2KR 112. 2KR 122. 2KR 132. 2KR 142. 2KR 152. 2KR 162. 2KR 172. 2KR 182. 2KR 192. 2KR 202. 2KR 212. 2KR 222. 2KR 232. 2KR 242. 2KR 252. 2KR 262. 2KR 272. 2KR 282. 2KR 292. 2KR 302. 2KR 312. 2KR 322. 2KV C CP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17P 30P 31P 32P 33P 34P 35P 36P 37 图 LED 电路图 图 中主要元件有 、 LED。 电阻 为每个 LED 的限流电阻。 此最小系统提供了 32个独立 LED，由 IO 口控制，采用共阳级接法所以只有当 IO口输出低电平时 LED 才会点亮。 19 4. 系统的软件设计 软件介绍 Keil C51 Keil C51 是美国 Keil Software公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。 另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 下面详细介绍 Keil C51开发系统各部分功能和使用。 Keil_c 软件界 面如图 41 所示 图 41 Keil_c软件界面 Protel99SE Protel99SE 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA软件。 Protel99SE 是应用于Windows9X/2020/NT 操作系统下的 EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以网设计，具 20 有很强的数据交换能力和开放性及 3D 模拟功能，是一个 32 位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计 32 个信号层， 16 个电源 地层和 16 个机加工层。 Protel99SE 软件的特点： (1) 可生成 30 多种格式的电气连接网络表； (2) 强大的全局编辑功能； (3) 在原理图中选择一级器件， PCB 中同样的器件也将被选中； (4) 同时运行原理图和 PCB，在打开的原理图和 PCB 图间允许双向交叉查找元器件、引脚、。