２０１３年第１期 信息通信 ２Ｏ１３ （总第１２３期） ＩＮＦＯＲＭＡＴ１０Ｎ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ （Ｓｕｍ．Ｎｏ １２３） 单片机花样流水灯设计 张灿 （杭州师范大学钱江学院，浙江杭州３１００１２） 摘要：单片机是世界上应用最多的计算机，现代人生活中几乎每件电子产品和机械产品都会集成有单片机。手机、电话、 计算器等都会配有１—２部单片机，复杂的工业控制系统上可能有百台单片机同时在工作。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，因 此很有必要针对单片机花样流水灯进行研究，以促进单片机技术的运用和发展。 关键词：单片机；花样流水灯；计算机 中图分类号：ＴＰ３６８．１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３．１１３１（２（】１３）Ｏ１．００４２—０２ 随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以 ＰＩ． 、√ＶＩ２Ｃ 看到彩色霓虹灯。ＬＥＤ彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的 Ｐ１．１ Ｐ Ｏ 造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用。用彩灯来装 Ｐ１．２ ｐＯ．１ 饰已经成为一种时尚。但是目前市场上各式各样的ＬＥＤ彩灯 ｐ１．３ ｐｏ．２ ｐｌ ｐＤ．３ 控制器大多数是用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一， ｐ１ ｐｏ．４ 这样一来制成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场 Ｐ１．６ ５ ＰＩ．７ ６ 合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式等动态参数。这 种彩灯控制结构往往芯片过多、电路复杂、功率损耗大。此外 辣× 咯－０ 嚣 Ｅ ，、ｒ ＿３．１ ：坌ＡＵ Ｐ蛋ｌａＨＤ 从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户的可操 门广Ｉ）Ｐ３ ∞ Ｓ 作性，影响亮灯效果，因此有必要对现有的彩灯控制器进行改 ｌ＿ｒｌ Ｐ３．３ ｐ ７ １１Ｄ Ｐ３。４ 宝 ６ 进。 Ｉ ｌ’３．５ Ｉ．２．５ ｌ设计方案 限ｌ’３ｌ ６ ｐ ● 翼６ｐ３．７ ３ 本次设计有下列要求：第一，自动控制多路彩灯按预设的 ×ＴＡＩ ２ Ｐ ２ Ｘ ＡＬｌ ｌ 花型进行变换，按下不同开关要求变换不同的花型，例如从上 ！；Ｓ Ｏ 到下一盏一盏点亮；第二，花型种类不少于五种，花型自拟；第 三，分别用快慢两种节拍实现花型交换，总清零开关控制电路 图１ ８９Ｃ５１芯片引脚图 的初始状态。 １．１．３引脚说明 １．１硬件设计 引脚是单片机和外界进行通信的通道连接点，用户只能 １．１．１硬件说明 通过引脚组建控制系统。从应用的角度来看，引脚的应用是 按照单片机系统扩展与系统配置情况，单片机应用系统 单片机应用的一个重要基础。因此熟悉引脚是学习应用单片 可分为最小系统、最小功耗系统以及典型系统等。８９Ｃ５１单片 机的基础。 主电源引脚：ＶＣＣ（４０脚）：接＋５Ｖ电源。ＶＳＳ（２０脚）：接 机是本次设计运用的主要元件，流水灯控制设计是用单片机 地。时钟引脚（１８，１９脚）：提供单片机的时钟控制信号，１８脚 最小应用系统，即为有ＬＥＤ、晶振、复位电路、电源等电路和软 件组成的单个单片机。电路焊接：制造电子产品的重要手段。 为片内晶振电路的输入端，１９脚为片内晶振电路的输出端。可 编程输 输出引脚（３２根）：ＡＴ８９Ｃ５１单片机有４组８为可编 主要涉及到的硬件有ＡＴ８９Ｃ５１单片机、ＬＥＤ、晶振、电阻、开 关、电容等。 程ＵＯ口，分别为Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３口，每个口有８位（８根引脚）， １．１．２芯片介绍一ＡＴ８９Ｃ５１（见图１） 共３２根。每一根引脚都可以编程，比如用来控制电机、交通灯 等，开发产品时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要的功 ・—‘＋一一—。＋一”—‘＋一”—‘。卜ｏｏ—‘卜一—‘＋一一—。’一”— 一”——＋一”—■一”—。・＋一“— 一”—＋一”＋“＋一＋”—‘＋一”＋一＋ｏｏ＋”＋”＋“＋“＋“＋”＋一＋一＋ ＋＊＋ｏｏ＋“＋”＋一＋一＋一＋”＋＊＋ｗ＋一＋・ 电压经二级管１Ｎ４００１和ＲＣ电路构成包络检波器检波后， 线路语音电平自动压扩控制器的研制及使用效果： 输出一个随音频平均电压变化的电压，用此电压控制工作于 根据设计电路，我们采用元器件横排结构，输入、输出采 恒流区的场效应管２ｓｋ３０ＡＴＭ的栅极，改变场效应管的静态 用音频接插件，共制作六路。每一路之间采用金属挡板隔离， 工作电流，使运算放大器的放大倍数受音频信号大小控制。 以避免每路音频信号之间的相互干扰。经测试：当输入电平 当音频信号强时自动减小放大倍数，信号弱时自动增大放大 在７ｄｂｍ之间变化时，输出电平能够控制在１．５ｄｂｍ的变化范 倍数，从而实现音量自动调节。在自动增益控制器的后端接 围内，且每路之间的相互隔离度符合要求，引入躁声和信躁 有一个有源二阶低通滤波器，其截止频率为３４００Ｈｚ，满足语 比满足要求，达到了设计设想和指标要求。后经实际工作使 音输入的频率范围。由于此时的信号幅度较大，因此在电路 用，效果良好，基本解决了发信机输出功率不一致的难题，线 的最后端接有一反向放大电路，通过调整电位器的阻值来控 路语音电平自动压扩控制器的设计与研制取得了成功。 制电压放大倍数。只需满足Ｒ１１＋ＶＲ２＜Ｒ１０即可实现语音 信号的压扩，经过适当调整之后就可满足输出电压幅度要求。 作者简介：殷永红（１９６３．），女，天津塘沽人，工程师。 信息通信 能。控制引脚（４根），ＲＳＴ／ＶＰＤ（９脚）：复位引脚，引脚上出现 ２个机器周期的高电平将使单片机复位；ＡＬＥ／．ＰＲＯＧ（３０脚）： 地址所存允许信号；．ＰＳＥＮ（２９脚）：外部存储器读选通讯信 数据为０ＦＦＨ。 张灿：单片机花样流水灯设计 ２．２硬件程序设计 硬件工作原理。单片机：①ＸＴＡＬ１、ＸＴＡＬ２接外部晶 振。②Ｐ１．０～Ｐ１．４端口外接开关，为输入信号的接收；Ｐ２．０～ 号；一ＥＡ／ＶＰＰ（３１脚）：程序存储器的内外部选通，接低电平从 外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器 读指令。 Ｐ２．７端口外接ＬＥＤ串联电阻，为外部信号的输出。低电平有 效。③ＲＳＴ接复位信号。晶振电路：由两个电容和一个１ＭＨＺ 的晶振部分，主要给单片机提供基本的时钟信号。复位电路： 由两个电阻，一个开关，一个电容组成，主要用于电路的复位部 分。开关电路：由６个开关组成，一端接地，另一端接单片机的 Ｉ／Ｏ口，用于控制单片机输出的选择。ＬＥＤ电路：由８个ＬＥＤ 和电阻组成，一端接高电平，另一端接单片机的输出部分；电阻 用来保护ＬＥＤ，为保护电阻。Ｐ２口输出的高低电平来控制ＬＥＤ 的点亮或熄灭。 １．２软件编程设计 本次花样流水灯设计主要基于单片机的设计，通过编写 汇编语言进行编译、输出ｈｅｘ文件。 本次程序主要用ＣＪＮＥ来判断哪个按键被按下，然后跳 到相应的程序入口地址，执行指令。程序最开始将０ＦＦＨ赋 值给Ｐｌ口、寄存器Ａ，应用比较不跳转指令将Ａ和０ＦＥＨ进 行比较，若Ｋｅｙ１键被按下，即Ｐ１．０ １２为低电平，则程序继续 执行下去，ＬｃＡＬＬ Ｋ１，跳转到Ｋ１子程序，将０７ＦＨ赋给Ａ， ３结语 经过努力，我终于完成了这次课程设计。花样流水灯的 Ａ传到Ｐ２口，所以第一盏灯先亮，再将数值进行右移一位， 就实现了第二盏灯点亮，一次执行下去，从上到下每盏灯一 制作相对于别的设计来说，已经相当简单，既没有中断的设置， 也没有计数、定时部分，子程序之间的跳转也是比较简单的， 仿真效果图出来了，当时还是比较高兴的。 通过设计，我增强了对单片机的理解，学会查找资料，遇 到问题，解决问题，学会单片机的设计。更加详细地了解了５ｌ 单片机内部结构以及个Ｉ／Ｏ口的应用，信号的输入输出等，并 次点亮，为保证时间上的足够，必须调用延时子程序。再用 ＪＮＢ指令比较，如果Ｋｅｙ２键被按下，则再跳转到相应的子程 序下去，否则继续持续第一种花型。如若需要增大或减小灯 光闪烁的时间，则需按下Ｋｅｙ６键，本次设计只能变换２种间 隔时间。 ２详细方案设计 ２．１软件程序设计介绍 单片机的应用系统由硬件和软件组成，需要编写程序控 制单片机管脚电平的高低变化，来实现ＬＥＤ的一亮一灭。软 件编程是单片机应用系统中的一个重要组成部分，也是本次 且参与实物的制作，动脑又动手，在制作实物的过程中，布线 以及焊接，以及可能由于焊锡过多会导致电路被短的问题，都 让我学到了很多知识，很多经验。 这次的设计，问题还是有的，比如ＬＥＤ灯高低电平的选 择，以及保护电阻的选取，刚开始在ＬＥＤ灯外接了１Ｋ左右电 阻，可是发现灯不会亮，但是Ｐ２口有信号输出，然后我以为是 高低电平接反了，换了方向后ＬＥＤ依旧没有亮，又考虑到是 ＬＥＤ可能接错，换了别样颜色的ＬＥＤ灯，还是没亮，最后查了 资料，才知道可能是保护电阻的问题，改小电阻值，ＬＥＤ亮起， 设计的重点和难点。下面着重介绍本次设计的工作原理。程 序开始就将０ＦＦＨ给Ｐｌ口，即将信号输入给Ｐｌ口，Ｐｌ口又将 数据送入寄存器Ａ，再将Ａ中数据和给定数据０ＦＥＨ相比较。 如果Ｋｅｙ１键被按下则不跳转，直接执行下面的程序，即跳转 到Ｋ１子程序中去；如果Ｋｅｙ１键没被按下，即Ｐ１ １２输入的信 号与０ＦＥＨ不一样，则进行跳转，程序会跳转到Ｓ１子程序，在 Ｓｌ子程序中依旧是比较输入信号与０ＦＤＨ是否相等。总的来 我想这就是一个实验的过程。 在此单片机的设计中，我还设想能加入中断和定时部分， 比如按下其中一个键后，在闪烁一定的花型后自动跳入另外 一种花型，过一段时间又跳到再一种花型按下别的键又是别 说，这里应用的ＣＪＮＥ指令是用来判断ＫｅｙＩ—Ｋｅｙ５哪个键被 按下，以跳到相应的子程序中去，硬件电路表现为由开关控制 花样的变换。以下是Ｋｅｙ１．Ｋｅｙ５被按下的判断：Ｋｅｙ１是否被 样的花型组合，使该花样流水灯更加完善，更加绚烂！或者 是，设计一个图案，随着时间，一个图案会在一个屏幕上流动。 参考文献： ［１］ 肖洪兵．跟我学用单片机［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出 版社，２００２．８． 按下，则Ｐ１口输入数据与样１１１１１１１０ｂ进行比较，相同则继续 Ｋｌ，否则跳转到ｓｌ；ｓｌ：Ｋｅｙ２是否被按下，则Ｐ１口输入数据 与 １１１１１１０１ｂ进行比较，相同则执行Ｋ１，否则跳转到ｓ２；Ｓ２： Ｋｅｙ３是否被按下，则Ｐ１口输入数据与 １１１１１０１ｌｂ进行比较， 相同则执行Ｋ２，否则跳转到ｓ３；Ｓ３：Ｋｅｙ４是否被按下，则Ｐｌ 口输入数据与＃１１１１０１１ｌｂ进行比较，相同则执行Ｋ３，否则跳转 到Ｓ４；Ｓ４：Ｋｅｙ５是否被按下，则Ｐ１口输入数据与＃１１１１０１１１ｂ进 行比较，相同则执行Ｋ５，否则跳转到ＭＡＩＮ主程序；此时Ｐ１口 ・—【２】夏继强．单片机实验与实践教程【Ｍ】．北京：北京航空航天 大学出版社，２００１ 作者简介：张灿（１９９１一），女，湖北随州人，主要研究方向为电子信 息工程。 ＋一一—＋一一—－＋一ｏｏ—－＋－”—・＋一”—－－卜＊ 卜”－－－卜“＋“—●一一－－十一一—●一”—＋－”—・＋一＊—－－卜”—－・卜“—●一一—＋一”—＋一”—－＋一＊—＋一”—・●一“—・＋一”——＋一“—－＋一一・－＋一”—＋一－—＋一＊－－—卜”—・●一“ （上接第９１页） 计，广泛学习网络知识，提高业务水平，保证网络的可靠运行。 ４结语 网络中的软件故障种类多并且难以避免，在一个网络建成 运行后，网络的维护、网络故障的诊断是很重要的工作，除了本 文所述及的软件故障诊断，技术人员还应该注意避免引入软件 缺陷，预防软件故障发生，加强软件开发过程管理，进行避错设 参考文献： ［１】黄望宗等．ＩＰ网络故障诊断与排除方法探讨［Ｊ］．计算机工 程与设计，２００７（７） ［２】包东飞．计算机网络通讯技术故障分析与处理［Ｊ］．系统安 全，２０１０（１２） ４３
