四 川 托 普 信 息 技 术 职 业 学 院
毕 业 设 计 论 文
题目：单 片 机 流 水 灯 控 制
学生姓名 廖
正 江
学生学号 2005040216
专业方向 电子信息工程技术
指导教师 王
天 兵
指导单位 电 子 与 通 信 系
摘要
自计算机问世以来，单片机技术在社会各领域中得到了广泛的应用。在流水灯控制系统中，单片机更是取代了由齿轮调节延迟时间的旧式市发展速度，成为日后此系统中的核心部分。由于单片机具有一些突出的优点：体积小、重量轻、电源单一、功耗低；功能强、价格低；数据大都在单片机内部传送，运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高，所以单片机被广泛的应用于测控系统、数据采集、智能仪器仪表、机电一体化产品、智能接口、计算机通信以及单片机的多级系统等领域。
本文主要讲的是单片机，课题名称为单片机流水灯控制，它使我们学会了如何使用单片机控制我们日常生活中的多设备设施的应用。通过本课题的设计以后，使我了解到了单片机的许多方面的应用。本课题详细地介绍了一种由MCS
通过本次实训实习，其目的是让电子信息工程专业的毕业生通过自己动手制作一些实际电子产品，掌握一定的电子产品设计、制作技能和调试技术，巩固电子技术的理论知识，锻炼和提高学生的动手能力和综合运用知识解决实际问题的能力及实践动手能力。让学生完全体验电子产品开发的全过程，整个电路的制作、调试，让学生完全自己动手完成，真正受到工程实践的基本训练，培养成为电子信息领域内的高级应用型技术人才。
关键词：单片机；集成块；I/O口；接口技术信号灯。
目录
前言
概述
1.
1什么是单片机
1．2
单片机的发展
1．3
单片机的应用
第二章 硬件
2．1 单片机流水灯电路原理图及工作原理
2．2 MCS-51单片机
2．3 7407集成块
2．4 发光二极管
2. 5 晶体震荡器
第三章
软件编程
3．1 单片机应用系统的软件设计
3．2 单片机流水灯的软件编程
第四章
制板与安装
4．1 PCB板的制作
4．2 焊接的基本常识
4．3 元器件的安装
第五章
仿真调试
5．1 硬件仿真
5．2 软件仿真
5．3 用编程器把程序写入单片机
5．4 脱机运行．
结论
参考文献．
致谢
附录
前言
随着单片机功能的飞速发展，单片机的应用领域已经广泛渗透到了国民经济的各个领域，无是无处不在影响着每个现代人的生活。单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一次技术革命。目前，单片机仍以其高可靠性、高性价比，在工业控制系统、数据采集系统、智能画仪器仪表、智能家电等诸多领域得到了广泛的应用。作为将要从事单片机应用系统开发方面的技术人员，掌握单片机的应用技术是必要的。
在单片机的应用过程中，单片机只是应用系统的一个核心部件，为把单片机系统应用于不同的领域，只掌握单片机的基础知识是远远不够的，要想构成一个完善的应用系统，还要熟悉执行机构及硬件接口电路的应用特性，同时，还应该掌握系统的结构布局、印刷电路板的结构布局及软件的设计技巧这些书本上学不到的知识，因此为设计出完善的应用系统，必须在实际工作中勤于实践，逐步积累这方面的经验。
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。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就是单片机。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。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，次此用AT
第一章 概述
1. 1什么是单片机
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成（如图1所示）。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上.
单片机的应用领域 ：
1.单片机在智能仪器仪表中的应用；
2.单片机在工业测控中的应用；
3.单片机在计算机网络和通讯技术中的应用；
4.单片机在日常生活及家电中的应用；
5.单片机在办公自动化方面。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
1．2单片机的发展
单片机就是在一块硅片上集成了中央处理器CPU(Central Processing Unit)、随机存储器RAM(Random Access Memory)、只读存储器ROM(Read Only Memory)、中断系统、定时/计数器和多种I/O口（Input/Output Ports）的一个不带外部设备的微型计算机。它具有计算机的基本属性，所以可以称它为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，简称单片机。
1971年微处理器研制成功后不久，就出现了单芯片的微型计算机，即单片机。最早的单片机是一位的。
1976年Intel公司推出了第一代8位单片机的代表产品-----MCS-48系列单片机8048，它将CPU、串行口、定时器和128BRAM集成在一块芯片内，使用的是NMOS工艺。在MCS-48成功的刺激下，出现了第二代单片机产品。在第二代单片机中，IntelMCS-51进入中国市场最早，过渡到CMOS工艺的
近10年来出现的具有许多新特点的单片机，可以称之为第三代单片机。目前单片机的内存容量可以做得相当大，I/O功能也已足够地丰富，可以不用外加扩展芯片；大多数单片机都提供可由用户编程的OTPROM型式；随着单片机程序存储空间的扩大，在空余空间可以嵌入实时操作系统等软件，以提高单片机的性能和产品开发效率；扩展方式从并行总线型发展出各种串行总线，如IC总线、USB总线、CAN总线等；有的单片机集成了多个CPU，将数字信号处理器、精简指令集计算机等集成到单片机中的产品也不断出现；另外，在抗干扰、抗噪声、提高可靠性、功耗管理等方面的新技术也不断的出现。单片机虽然种类繁多，但就其应用情况看，功能最强的16位机属于日立公司的H8/3048系列，8位机要数Intel公司的MCS-51系列。
1．3 单片机的应用
在生产和生活的各个领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的出现。单片机的应用有利于产品小型化、多功能化和智能化，而且抗干扰能力强，可在各种恶劣的环境下可靠的工作，成本也较低。所以单片机的应用已极为广泛，它在工业自动化、工业测控、智能仪器仪表、家用电器、信息与通信、军事装备等方面都在发挥着“微电脑控制”的作用。较高档的单片机都有通信接口，因而为单片机在计算机网络与通信设备中的应用创造了很好的条件。在微波通信、短波通信、载波通信、光纤通信和程控交换等设备、仪器中都能找到单片机的应用，如通信系统中的监控、自适应控制系统，频率合成，声像处理，数字滤波，自动拨号无线电话网，自动呼叫应答设备及程控调度电话分机等。
单片机广泛应用的意义在于它正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法，以前必须由模拟电路和数字电路实现的大部分控制功能，现在可使用单片机通过编程序来实现了。这种以软件取代硬件，并能提高系统性能的微电脑控制技术是对传统控制技术的一种革命。随着单片机产品功能的更强大、更先进，应用单片机来实现的微电脑控制技术一定会不断发展和完善。
第二章 硬件
2．1 单片机流水灯电路原理图及工作原理
按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。AT
单片机流水灯的电路原理图
从原理图中可以看出，如果要让接在P1.0口的LED1亮起来，那么只要把P1.0口的电平变为高电平就可以了；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄灭，就要把P1.0口的电平变为低电平；同理，接在P1.1～P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1～LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。在此我们还应注意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在控制二极管灯亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“流水”效果了。
2．2 MCS-51单片机的硬件结构
MCS-51系列单片机的内部结构框图如下图所示。
单片机的内部结构框图
从上图可知，它主要由8个部件通过片内总线连接而成。部件有中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行输入/输出口、串行口、定时/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。
MCS-51单片机的封装有两种形式，一种是双列直插式（DIP）封装的形式，另一种是方形封装形式。HMOS 工艺的8051单片机采用40引脚的DIP封装，而CHMOS工艺的单片机除采用DIP封装外，还采用方形封装形式，其中4个NC为空引脚。采用40引脚DIP封装的8051单片机引脚排列如图1所示。8051单片机是高性能的单片机，由于受到引脚数目的限制，所以有不少引脚具有两种功能，我们用斜线加以区分。
单片机的管脚除了电源端Vcc、接地端Vss、复位端RST、晶振接入端的XTAL1、XTAL2及通用I/O口的P1.0-P1.7外，其于的管脚都是为现实系统扩展而设置的。用这些管脚可构成单片机的三总线形式。它们分别是地址总线、数据总线和控制总线。
CPU由运算器、控制器和若干特殊功能寄存器（如累加器A、寄存器B、程序状态字寄存器PSW、数据指针寄存DPTR等）组成。运算器包括算术逻辑运算部件ALU、位处理器、累加器A、寄存器B、暂存寄存器几程序状态字寄存器PSW等。控制器是单片机的神经中枢，它是指挥控制部件。
所谓程序，就是为了完成某项工作将一系列指令有序的组合，而指令则是要求单片机执行某种操作的命令。指令分为操作码和地址码两个部分，操作码部分规定了单片机操作类型，而地址码部分一般是直接或间接地给出了参与操作的数据的存放地址，所以地址码也可以直接称之为操作数。
存储器是组成计算机的三大部件之一，其功能是存储信息。存储器按其存储方式可以分为两大类，一类是随机存储器（RAM），另一类是只读存储器（ROM）。CPU在运行过程中可对RAM随时进行数据的写入和读出，但在关闭电源是，RAM中所有的信息会丢失，所以RAM只能用来存放暂时性的输入/输出数据、运算中的结果等，RAM也因此常被称为数据存储器。而ROM是一种写入后不能改写只能读出的存储器。在断电后，ROM中的信息保留不变，所以ROM用来存放固定的程序和数据。
MCS-51单片机存储器可分为五类，即片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、特殊功能存储器和片外数据存储器。MCS-51单片机存储器的地址空间可分为3个，在访问这3个不同的地址空间时，采用不同形式的指令。MCS-51单片机存储器结构有两个重要的特点：一是把数据存储器和程序存储器截然分开；二是存储器有内、外只分。
8051单片机有四个8位的双向输入/输出端口，每个端口均可按字节输入、输出，也可按位进行输入、输出，一个端口占8个引脚，共占32个引脚。在每个端口中都包括有一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。通常把四个端口笼统地表示为P0、P1、P2、P3。
2.3 7407集成块
7407集成块的内部结构框图如下所示：
2.4 发光二极管
发光二极管是由III-IV族化合物半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。如图1所示：
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，在与空穴复合发光。除了这种复合发光外，还有些电子被非发光中心捕获，而后在与空穴复合。每次释放的能量不大，不可能形成可见光。发光的复合量相对于非发光的复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散去内发光的，所以光线仅在靠近PN结面数um以内产生。