毕业设计（论文）基于89C51单片机的广告灯控制系统设计.doc

全国单片机汇编语言程序设计师毕业设计全国单片机汇编语言程序设计师毕业设计 基于基于 89C51 单片机的广告灯单片机的广告灯 控制系统设计控制系统设计 姓姓 名名： 指导老师指导老师： 2006.7 目录目录 摘摘 要要 -2 一单片机技术概述一单片机技术概述-3 1基本概念基本概念-3 2单片机的历史及发展概况单片机的历史及发展概况-4 38 位单片机的主要生产厂家和机型位单片机的主要生产厂家和机型 -4 4MCS-51 系列单片机简介系列单片机简介 -5 二关于广告灯控制的基本知识二关于广告灯控制的基本知识-6 18 字数码管显示电路字数码管显示电路 -6 2二极管发光电路二极管发光电路-6 3.键盘键盘-7 4开发软件开发软件-7 5.系统硬件连接图系统硬件连接图-8 三论文课题及实验内容三论文课题及实验内容-9 1课题内容及工作过程课题内容及工作过程-9 2设计思路设计思路-9 3编程语言特点编程语言特点-9 4调试程序的准备工作调试程序的准备工作-9 5软件设计语言软件设计语言 -10 6流程图：流程图： -10 7小灯控制程序小灯控制程序 -11 8系统联调及现场调试结果系统联调及现场调试结果 -16 9结论结论 -17 致致 谢谢 -18 参考文献参考文献 -19 附录（见后）附录（见后） -19 摘摘 要要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带 动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中， 单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根 据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。我们周 围有许多广告牌。通过单片机的控制。我们可以把我们城市的夜晚装饰的更漂 亮。 通过对单片机的系统学习。对一些广告灯的设计做了一些必要的改进。同 时对自己的改进也做了真实的仿真。达到了预期的目的。但是在改进的过程里 也发现了自己的很多的不足。这会在以后的学习生活里不断提高。逐步完善自 己。 关键字关键字:广告灯、单片机、程序设计 一单片机技术概述一单片机技术概述 1基本概念基本概念 单片机实际上是微型计算机的一种，自从它问世以来，人们对它不断地改 进，以应用于现代化社会的各方各面。单片机体积小，价格低廉，开发较为容 易，可根据需要制作成各种智能控制器以代替人工的操作，实现自动化。在我 国，由于 ASIC（专用集成电路）的生产还跟不上，单片机的作用更加地重要， 在智能仪器仪表、工业设备过程控制、家用电器中，都可以见到它的踪迹。 单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的 意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。 以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。 以前自动控制中的 PID 调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控 制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技 术称为微控技术。 单片微型计算机就是将 CPU、RAM、ROM、时/计数器和多种接口都集成 到一块集成电路芯片上的微型计算机。 （引脚图例如图 1 所示） 按用途可分为 通用型和专用型两大类根据单片机能够一次处理的数据的宽度，单片机可分为 1 位机，4 位机，8 位机，16 位机，32 位机。 （内部逻辑如图 2） 图 1 地 址 总 线 (AB) 8051 8751 8031 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 PSEN EA ALE RST 用 户 I/O 控 制 总 线 (CB) 锁 存 器 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 ALE A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS 数 据 总 线 (DB) (a) (b) P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD、P3.0 TXD、P3.1 INT0、P3.2 INT1、P3.3 T0、P3.4 T1、P3.5 WR、P3.6 RD、P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 8051 8751 8031 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC VSS 图 2 内部逻辑电路图 2单片机的历史及发展概况单片机的历史及发展概况 可分为四个阶段 ： 第一阶段(1974 年1976 年) 单片机初级阶段。 双片的形式而且功能比较简单。 第二阶段（1976 年1978 年）: 低性能单片机阶段。以 Intel 公司制造的 MCS-48 单片机为代表。 第三阶段(1978 年现在)： 高性能单片机阶段。Intel 公司的 MCS-51 系列、Motorola 公司的 6801 系列 等。 第四阶段(1982 年现在)： 8 位单片机巩固发展及 16 位单片机、32 位单片机推出阶段。 38 位单片机的主要生产厂家和机型位单片机的主要生产厂家和机型 （1）美国 Intel 公司 MCS-51 系列及其增强型、扩展型系列。 （2）美国 ATMEL 公司 89C51、89C52、89C55 等 。 （3）荷兰 PHILIPS（菲力浦）公司 8C552 系列 。 （4）美国 MOTOROLA 单片机 68HC05。 4MCS-51 系列单片机简介系列单片机简介 MCS 是 Intel 公司生产的单片机的系列符号 。20 世纪 80 年代中期以后， Intel 公司以专利转让的形式把 8051 内核技术转让给了许多半导体芯片生产厂家， 如 AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS 公司等。这些厂家生产 与 MCS-51 指令系统兼容的单片机。这些兼容机与 8051 的系统结构（主要是指 令系统）相同，采用 CMOS 工艺，因而常用 80C51 系列来称呼所有具有 8051 指令系统的单片机。不应该把它们直接称为 MCS-51 系列单片机，因为 MCS 只 是 Intel 公司专用的单片机系列符号。 MCS-51 系列单片机及其兼容产品通常分成以下类： （1） 基本型 典型产品：8031/8051/8751 （2）增强型 典型产品：8032/8052/8752。它们的内部 RAM 增到 256 字节，8052、8752 的 内部程序存储器扩展到 8KB，16 位定时器/计数器增至 3 个。 （3）低功耗型 典型产品：80C31/87C51/80C51。采用 CMOS 工艺 适于电池供电或其它要求 低功耗的场合。 （4）专用型 8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。 （5）超 8 位型 （6）片内闪烁存储器型 美国 ATMEL 公司推出的 AT89C51 单片机，受到应用设计者的欢迎。尽 管 MCS-51 系列以及 80C51 系列单片机有多种类型，但是掌握好 MCS-51 的基 本型（8031、8051、8751、80C51、87C51）是十分重要的，因为它们是具有 MCS-51 内核的各种型号单片机的基础，也是各种增强型、扩展型等衍生品种 的核心。 二关于广告灯控制的基本知识 18 字数码管显示电路字数码管显示电路 按图上的原理不同组合的灯亮将显示不同的数字。具体的方案还要看具体 的硬件电路的连接方法。不同的连接线路需要不同的程序编辑。 2二极管发光电路二极管发光电路 图 3 所示为共阳极接法。采用 8 个发光二极管作为指示信号作用，即可以 用排线来控制，也可以单个地控制每个发光二极管的亮灭，当控制信号为低电 平时，发光二极管亮，为高电平时，发光二极熄灭；控制电平的输入由 “L1L8”输入。 P0 口有三个功能：外部扩展存储器时，当作数据总线（如图 1 中的 D0D7 为 数据总线接口。外部扩展存储器时，当作地址总线（如图 1 中的 A0A7 为地址 总线接口）不扩展时，可做一般的 I/O 使用，但内部无上拉电阻，作为输入或 输出时应在外部接上拉电阻。 P1 口只做 I/O 口使用：其内部有上拉电阻。 P2 口有两个功能： 1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用 2、做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻； P3 口有两个功能： 除了作为 I/O 使用外（其内部有上拉电阻） ，还有一些特殊功能，由特殊寄 存器来设置 图 3 二极管发光电路 3.键盘键盘 键盘是人机通信不可缺少的部件，独立式键盘是最基本的一种键盘方式， 在本实验中提供了四个独立式按键；具体的电路原理图如图 4 所示： 4开发软件开发软件 Keil C51 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译， 仿真于一体，支持汇编,PLM 语言和 C 语言的程序设计，界面友好，易学易用。 它可以结合 proteus 软件可以实现单机仿真。对于初学者的需求基本能得到满足。 而对于所需电路图的绘制则需要专用的 protel 软件的支持。它也是个功能全面 的软件。所以学好单片机首先要熟悉上面提到的几种软件。以便于理论与实践 的真正结合。用 protel 软件的主要注意的是对各图标代码的熟悉。一提高绘画 速度。Keil C51 软件主要是对程序的编写要准确。软件的使用要在学习理论知 识的同时带着使用，在使用中不断的熟悉。如果在实验室则主要熟悉对 Keil C51 与硬件设备的连接和使用。为了正确仿真串口，在软件仿真调试时，在用 户的 Keil 工程文件的属性中，还需要设置实际使用的晶振频率。这个参数非常 重要，直接影响通信的波特率，可以按照实际使用的参数进行设置。 5.系统硬件连接图系统硬件连接图 见附录 三论文课题及实验内容三论文课题及实验内容 1课题内容及工作过程课题内容及工作过程 在不按键的时候小灯从左向右依次闪烁。当按键一时，小灯边为从左向右 依次点亮。当按键二时。小灯转为奇偶闪烁。上两个键闪烁次数自己确定。按 键三时处于静止状态。按键四复位。从左向右开始依次闪烁。 2设计思路设计思路 （1）主程序：通过扫描 P3.0-P3.2 口，判断是否有键按下。然后在 20H 单 元的相应位置置 1 标志。 （2）键扫描子程序：采用直接端口扫描开关。对 20H 内存单元相应位置 置 1，并把其余位清零。 （3）闪烁控制程序：闪烁控制程序用来控制 P1 口发光方式。 （4）延时子程序：10ms 和 0.5 ms 两个。 （5）关告灯的品种繁多，但各功能很少分开控制。虽然许多功能集合在一 起，但是由于是轮流依次进行的，给人的视觉效果未免还是很单一的。对于这 个问题可以通过增加按钮的思路来实现。各种不同要求的组合善闪亮方法利用 不同的按钮来开展实现。在不同的时刻或者不同的季节或者不同的天气，或者 不同的亮度来自己选择所合适的亮法。本实验通过四个中断来对不同形式的闪 烁进行控制。使达到多样化和视觉的美观。在各个亮法的组合里面可以深入增 加其他各种自己所需求的设计方案。但是具体的控制方案都相似。都是通过中 断来实现。中断的加入还可以增加暂停的功能。还有复位的存在使可以实现随 时返回开始观看。数码管的加入可以实现数字的显示。比如一些停车位剩余的 显示以及其他一些事件的显示。还可以以不同的数字表示控制方案的选择，这 样对控制者来说控制就更直观。 3编程语言特点编程语言特点 它最大的好处就是简单、方便，容易使用，不需要使用任何电路，也没有 特殊的要求；甚至可以在硬件电路制作好之前就将串口部分的程序编写、调试 完毕。 4调试程序的准备工作调试程序的准备工作 硬件。台普通计算机（需要带有 2 个标准串口）和根串口线（两 头都是母头） 。 串口软件可以是自己编写的专用调试或上下位机通信软件， 也可以是通用的串口软件(如串口助手、串口调试等)，主要用来收发数据。 5软件设计语言软件设计语言 汇编语言。汇编语言指令由 4 个部分组成，其书写格式如下：标号操作 码助记符操作数 1，操作数 2；注释。指令格式说明如下：指令的 4 个部分之 间由空格作隔离符，空格可以是 1 格或多格，以保证交叉汇编时，PC 机能识别 指令。1、标号与 MCS51 系列单片机功能相同，标号代表指令的符号地址。 在程序汇编时，已赋以指令存储器地址的具体数值。汇编语言中采用符号地址 (即标号)是便于查看、修改，尤其是便于指令转移地址的表示。标号是指令格 式中的可选项，只有在被其它语句引用时才需派上标号。在无标号的情况下， 指令助记符前面必须保留一个或一个以上的空格再写指令助记符。指令助记符 不能占用标号的位置，否则该助记符会被汇编程序作标号误处理。书写标号时， 规定第一字符必须是字母或半角下划线“” ，它后面可以跟英文和数字字符、 冒号(：)制符表等，并可任意组合。再有标号不能用操作码助记符和寄存器的 代号表示。标号也可以单独占一行。2、操作码助记符该字段是指令的必选项。 该项可以是指令助记符，也可以由伪指令及宏命令组成，其作用是在交叉汇编 时， “指令操作码助记符”与“操作码表”进行逐一比较，找出其相应的机器码 一一代之。3、操作数由操作数的数据值或以符号表示的数据或地址值组成。 若操作数有两个，则两个操作数之间用逗号(，)分开。当操作数是常数时，常 数可以是二进制、八进制、十进制或十六进制数。还可以是被定义过的标号、 字符串和 ASC码等。指令的操作数项也是可选项。其寻址方式和指令都既少 而又简单。其寻址方式根据操作数来源的不同，可分为立即数寻址、直接寻址、 寄存器间接寻址和位寻址四种。4、注释用来对程序作些说明，便于人们阅读 程序。注释开始之前用分号(；)与其它部分相隔。当汇编程序检测到分号时， 其后面的字符不再处理。值得注意：在用到子程序时应说明程序的入口条件、 出口条件以及该程序应完成的功能和作用。 6流程图：流程图： 主程序流程： 开 始 初始化 调用键扫描子程序 （KEYWORK） N 输入功能程序 0 （FUN0） 输入功能程序 1 （FUN1） 输入功能程序 0 （FUN2） N N Y Y Y 20H.0=1？ 20H.1=1？ 20H.2=1？ 7小灯控制程序小灯控制程序 ;中断入口程序; ; ORG 0000H ;程序执行开始地址 LJMP START ;跳至 START 执行 ORG 0003H ;外中断 0 中断入口地址 RETI ;中断返回（不开中断） ORG 000BH ;定时器 T0 中断入口地址 中断流程图四： RETI ;中断返回（不开中断） ORG 0013H ;外中断 1 中断入口地址 RETI ;中断返回（不开中断） ORG 001BH ;定时器 T1 中断入口地址： RETI ;中断返回（不开中断） ORG 0023H ;串行口中断入口地址 RETI ;中断返回（不开中断） ; ;*; ; 初始化程序 ; ;*; ; CLEAR: MOV 20H,#00H ;20H 单元内存清 0（闪烁标志清 0） SETB 00H ;20H.0 位置 1（上电时自动执行闪烁功能 1） RET ;子程序返回 ;*; ; 主 程 序 ; ;*; ; START:ACALL CLEAR ;调用初始化子程序 MAIN: LCALL KEYWORK ;调用键扫描子程序 JB 00H,FUN0 ;20H.0 位为 1 时执行 FUN0 JB 01H,FUN1 ;20H.1 位为 1 时执行 FUN1 JB 02H,FUN2 ;20H.2 位为 1 时执行 FUN2 JB 03H,MAIN ;备用 AJMP MAIN ;返回主程序 MAIN ; ;*; ; 功能程序 ; ;*; ;第 1 种闪烁功能程序 FUN0: MOV A,#0FEH ;累加器赋初值 FUN00:MOV P1,A ;累加器值送至 P1 口 LCALL DL05S ;延时 JNB ACC.7,MAIN ;累加器最高位为 0 时转 MAIN RL A ;累加器 A 中数据循环左移 1 位 AJMP FUN00 ;转 FUN00 循环 ; ;第 2 种闪烁功能程序 FUN1:MOV A,#0FEH ;累加器赋初值 FUN11:MOV P1,A ;累加器值送至 P1 口 LCALL DL05S ;延时 JZ MAIN ;A 为 0 转 MAIN RL A ;累加器 A 中数据循环左移 1 位 ANL A,P1 ;A 同 P1 口值相与 AJMP FUN11 ;转 FUN11 循环 ; ; 第 3 种闪烁功能程序 FUN2:MOV A,#0AAH ;累加器赋初值 MOV P1,A ;累加器值送至 P1 口 LCALL DL05S ;延时 CPL A ;A 中各位取反 MOV P1,A ;累加器值送至 P1 口 LCALL DL05S ;延时 AJMP MAIN ;转 MAIN ;*; ; 扫键程序 ; ;*; ; KEYWORK:MOV P3,#0FFH ;置 P3 口为输入状态 JNB P3.0,KEY0 ;读 P3.0 口，若为 0 转 KEY0 JNB P3.1,KEY1 ;读 P3.1 口，若为 0 转 KEY1 JNB P3.2,KEY2 ;读 P3.2 口，若为 0 转 KEY2 JNB P3.3,KEY3 ;读 P3.3 口，若为 0 转 KEY3 RET ;子程序返回 ; ;闪烁功能 0 键处理程序 KEY0:LCALL DL10MS ;延时 10 毫秒消抖 JB P3.0,OUT0 ;P3.0 为 1，子程序返回（干扰） SETB 00H ;20H.0 位置 1（执行闪烁功能 1 标志） CLR 01H ;20H.1 位清 0 CLR 02H ;20H.2 位清 0 CLR 03H ;20H.3 位清 0 OUT0:RET ;子程序返回 ; ; 闪烁功能 1 键处理程序 KEY1:LCALL DL10MS JB P3.1,OUT1 SETB 01H ;20H.1 位置 1（执行闪烁功能 2 标志） CLR 00H CLR 02H CLR 03H OUT1:RET ; ;闪烁功能 2 键处理程序 KEY2:LCALL DL10MS JB P3.2,OUT2 SETB 02H ;20H.2 位置 1（执行闪烁功能 3 标志） CLR 01H CLR 00H CLR 03H OUT2:RET ; ;闪烁功能（备用）键处理程序 KEY3:LCALL DL10MS JB P3.3,OUT3 SETB 03H ;20H.3 位置 1（执行备用闪烁功能标志） CLR 01H CLR 02H CLR 00H OUT3:RET ; ;*; ; 延时程序 ; ;*; ;0.5 毫秒延时子程序，执行一次时间为 513 微秒 DL512:MOV R2,#0FFH LOOP1: DJNZ R2,LOOP1 RET ; ;10 毫秒延时子程序（调用 20 次 0.5 毫秒延时子程序） DL10MS:MOV R3,#14H LOOP2: LCALL DL512 DJNZ R3,LOOP2 RET ; ;延时子程序，改变 R4 寄存器初值可改变闪烁的快慢（时间为 1525 毫秒） DL05S:MOV R4,#0FFH LOOP3: LCALL DL25MS DJNZ R4,LOOP3 RET ; ;25 毫秒延时子程序，用调用扫键子程序延时，可快速读出功能按键值 DL25MS:MOV R5,#0FFH LOOP4:LCALL KEYWORK DJNZ R5,LOOP4 RET END ;程序结束 8系统联调及现场调试结果系统联调及现场调试结果 将上述程序输入 Keil C51 软件。按规范顺序完成。在此之前连接好相应 的硬件设备。（硬件组成如图五）经现场调试。得出以下结果：不按键的时候 小灯从左向右依次闪烁。当按键一时，小灯边为从左向右依次点亮。当按键二 时。小灯转为奇偶闪烁。上两个键闪烁次数自己确定。按键三时处于静止状态。 按键四复位。从左向右开始依次闪烁。基本达到预期效果。 图 5：硬件组成 9结论结论 不按键的时候小灯从左向右依次闪烁。当按键一时，小灯边为从左向右依 次点亮。当按键二时。小灯转为奇偶闪烁。上两个键闪烁次数自己确定。按键 三时处于静止状态。按键四复位。从左向右开始依次闪烁。 对广告灯设计的展望：21 世纪的能源问题尤其敏感，而装饰夜晚的广告灯 是能源消耗的一个重要要方面。所以广告灯的节能显的尤为重要。而节能的最 终目的 899 不是削弱广告灯的整体视觉美。所以我们可以采用模糊的自适应技 术。可以起到节能美观的作用。 现有的霓虹灯以及彩灯控制器多是使用专用集成电路，其中固化多种闪烁 方式，一般只提供 416 路输出。由于在大型霓虹灯中使用的控制器路数相当 多，一般只能定做，代价高而且灵活性较差。可以通过设计实现多路端口，并 且能够对任一端口进行控制，可广泛用于大型霓虹灯、塑料霓虹灯以及彩灯的 可编程控制，既可在产品上直接编程，又可在计算机上调试好直接传输。这样 可以达到设计简单、使用方便等特点。 致致 谢谢 通过这段时间对单片机的系统学习。对所学书本的内容有深入的了解。对 单片机本身也有更深的认识。在这个过程里得到了老师和同学的帮助。感谢谢 老师、陈老师、王老师、钱老师的细心教授。使得自己的学习能顺利进行。在 以后的日子里还会利用现在已经学习的内容深入学习。也会用好现在的所学。 在以后的工作中发挥自己能做的。并在实践里不断提高。 参考文献参考文献 （1） 曹江主编电子设计自动化化学工业出版社 2001 （2） 李广弟主编单片机基础北京航空航天大学出版社 2005 （3） 李广飞主编51 单片机设计实例北京航空航天大学出版社 2003 （4） 李全力主编单片机原理及应用技术(01.7.1 版)高等教育出版社 2001 （5） 范风强主编单片机语言 C51 应用实战集锦电子工业出片社 2003 （6） 马忠梅主编单片机的 C 语言应用程序设计（第 3 版） 北京航空航天 大学出版社 2003 （7） 吴金戌主编8051 单片机实践与应用清华大学出版社 2002 （8） 张俊谟 张迎新主编单片机教程习题与解答北京航空航天大学出版社 2003 （9） 金春林主编AVR 系列单片机 C 语言编程与应用实例清华大学出版社 2003 （10）徐爱钧主编Keil Cx51 V7.0 单片机高级语言编程与 uVision2 应用实践 电子工业出版社 2004 （11）何立民主编单片机应用技术选编（集） 北京航空航天大学出版社 2000 （12）沙占友主编单片机外围电路设计电子工业出版社 2003 （13）赵亮主编单片机 C 语言编程与实例人民邮电出版社 2003 （14）李华主编MCS-51 系列单片机实用接口技术北京航空航天大学出版 社 2001 （15）平凡主编平凡单片机入门教程平凡单片机网 2003 （16）周坚主编单片机轻松入门北京航空航天大学出版社 2004 （17）何立民主编单片机高级教程-应用与设计北京航空航天大学出版 社 附录附录（见后）