用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)流水燈的控制設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹了一簡易流水燈的軟硬件設(shè)計(jì)過程，重點(diǎn)給出了其軟件編程的思想方法，以期給單片機(jī)學(xué)習(xí)者以啟發(fā)。
關(guān)鍵字：單片機(jī)；流水燈；編程

1.引言

當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)新技術(shù)層出不窮的時(shí)代，在電子領(lǐng)域尤其是自動化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，正以前所未見的速度被單片機(jī)智能控制系統(tǒng)所取代。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機(jī)。目前，一個(gè)學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機(jī)的高潮正在工廠、學(xué)校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。學(xué)習(xí)單片機(jī)的最有效方法就是理論與實(shí)踐并重，本文筆者用AT89C51單片機(jī)自制了一款簡易的流水燈，重點(diǎn)介紹了其軟件編程方法，以期給單片機(jī)初學(xué)者以啟發(fā)，更快地成為單片機(jī)領(lǐng)域的優(yōu)秀人才。

2.硬件組成

按照單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展與系統(tǒng)配置狀況，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)及典型系統(tǒng)等。AT89C51單片機(jī)是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，具有豐富的內(nèi)部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、2個(gè)全雙工的串行口，具有4.25～5.50V的電壓工作范圍和0～24MHz工作頻率，使用AT89C51單片機(jī)時(shí)無須外擴(kuò)存儲器。因此，本流水燈實(shí)際上就是一個(gè)帶有八個(gè)發(fā)光二極管的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路和必要的軟件組成的單個(gè)單片機(jī)。其具體硬件組成如圖1所示。

圖1 流水燈硬件原理圖

從原理圖中可以看出，如果要讓接在P1.0口的LED1亮起來，那么只要把P1.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤?；相反，如果要接?/SPAN>P1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的電平變?yōu)楦唠娖剑煌?，接?/SPAN>P1.1～P1.7口的其他7個(gè)LED的點(diǎn)亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1～LED8依次點(diǎn)亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的做流水燈了。在此我們還應(yīng)注意一點(diǎn)，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短，我們在控制二極管亮滅的時(shí)候應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，否則我們就看不到“流水”效果了。

3.軟件編程

單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能看到流水燈循環(huán)點(diǎn)亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機(jī)怎么來進(jìn)行工作，即編寫程序控制單片機(jī)管腳電平的高低變化，來實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的一亮一滅。軟件編程是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分，是單片機(jī)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。下面我們以最簡單的流水燈控制功能即實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈的循環(huán)點(diǎn)亮，來介紹實(shí)現(xiàn)流水燈控制的幾種軟件編程方法。

3.1位控法

這是一種比較笨但又最易理解的方法，采用順序程序結(jié)構(gòu)，用位指令控制P1口的每一個(gè)位輸出高低電平，從而來控制相應(yīng)LED燈的亮滅。程序如下：

ORG 0000H ；單片機(jī)上電后從0000H地址執(zhí)行

AJMP START ；跳轉(zhuǎn)到主程序存放地址處

ORG 0030H ；設(shè)置主程序開始地址

START：MOV SP，#60H ；設(shè)置堆棧起始地址為60H

CLR P1.0 ；P1.0輸出低電平，使LED1點(diǎn)亮

ACALL　DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

　　　　SETB　　P1.0 ；P1.0輸出高電平，使LED1熄滅

　　　　CLR　　 P1.1 ；P1.1輸出低電平，使LED2點(diǎn)亮

ACALL　DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

　　　　SETB　　P1.1 ；P1.1輸出高電平，使LED2熄滅

　　　　CLR　　 P1.2 ；P1.2輸出低電平，使LED3點(diǎn)亮

ACALL　DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

　　　　SETB　　P1.2 ；P1.2輸出高電平，使LED3熄滅

　　　　CLR　　 P1.3 ；P1.3輸出低電平，使LED4點(diǎn)亮

　　　　ACALL　DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

　　　　SETB　　P1.3 ；P1.3輸出高電平，使LED4熄滅

　　　　CLR　　 P1.4 ；P1.4輸出低電平，使LED5點(diǎn)亮

　　　　ACALL　DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

　　　　SETB　　P1.4 ；P1.4輸出高電平，使LED5熄滅

　　　　CLR　　 P1.5 ；P1.5輸出低電平，使LED6點(diǎn)亮

　　　　ACALL　DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

　　　　SETB　　P1.5 ；P1.5輸出高電平，使LED6熄滅

　　　　CLR　　 P1.6 ；P1.6輸出低電平，使LED7點(diǎn)亮

　　　　ACALL　DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

SETB　　P1.6 ；P1.6輸出高電平，使LED7熄滅

　　　　CLR　　 P1.7 ；P1.7輸出低電平，使LED8點(diǎn)亮

ACALL　DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

　　　　SETB　　P1.7 ；P1.7輸出高電平，使LED8熄滅

ACALL　DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

　　　　AJMP　 START ；8個(gè)LED流了一遍后返回到標(biāo)號START處再循環(huán)

DELAY：　 ；延時(shí)子程序

MOV R0，#255　?。谎訒r(shí)一段時(shí)間

D1： MOV R1，#255

DJNZ R1，$

DJNZ R0，D1

RET ；子程序返回

　　　　END ；程序結(jié)束

3.2循環(huán)移位法

在上個(gè)程序中我們是逐個(gè)控制P1端口的每個(gè)位來實(shí)現(xiàn)的，因此程序顯得有點(diǎn)復(fù)雜，下面我們利用循環(huán)移位指令，采用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程。我們在程序一開始就給P1口送一個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)本身就讓P1.0先低，其他位為高，然后延時(shí)一段時(shí)間，再讓這個(gè)數(shù)據(jù)向高位移動，然后再輸出至P1口，這樣就實(shí)現(xiàn)“流水”效果啦。由于8051系列單片機(jī)的指令中只有對累加器ACC中數(shù)據(jù)左移或右移的指令，因此實(shí)際編程中我們應(yīng)把需移動的數(shù)據(jù)先放到ACC中，讓其移動，然后將ACC移動后的數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)送到P1口，這樣同樣可以實(shí)現(xiàn)“流水”效果。具體編程如下所示，程序結(jié)構(gòu)確實(shí)簡單了很多。

ORG 0000H ；單片機(jī)上電后從0000H地址執(zhí)行

AJMP START ；跳轉(zhuǎn)到主程序存放地址處

ORG 0030H ；設(shè)置主程序開始地址

START：MOV SP，#60H ；設(shè)置堆棧起始地址為60H

MOV　 A，#0FEH ；ACC中先裝入LED1亮的數(shù)據(jù)（二進(jìn)制的11111110）

MOV　　P1，A ；將ACC的數(shù)據(jù)送P1口

MOV　　R0，#7 ；將數(shù)據(jù)再移動7次就完成一個(gè)8位流水過程

LOOP： RL A ；將ACC中的數(shù)據(jù)左移一位

MOV P1，A ；把ACC移動過的數(shù)據(jù)送p1口顯示

ACALL DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

DJNZ R0，LOOP ；沒有移動夠7次繼續(xù)移動

AJMP START ；移動完7次后跳到開始重來，以達(dá)到循環(huán)流動效果

DELAY：　 ；延時(shí)子程序

MOV R0，#255　?。谎訒r(shí)一段時(shí)間

D1： MOV R1，#255

DJNZ R1，$

DJNZ R0，D1

RET ；子程序返回

　　　　END ；程序結(jié)束

3.3查表法

　　上面的兩個(gè)程序都是比較簡單的流水燈程序，“流水”花樣只能實(shí)現(xiàn)單一的“從左到右”流方式。運(yùn)用查表法所編寫的流水燈程序，能夠?qū)崿F(xiàn)任意方式流水，而且流水花樣無限，只要更改流水花樣數(shù)據(jù)表的流水?dāng)?shù)據(jù)就可以隨意添加或改變流水花樣，真正實(shí)現(xiàn)隨心所欲的流水燈效果。我們首先把要顯示流水花樣的數(shù)據(jù)建在一個(gè)以TAB為標(biāo)號的數(shù)據(jù)表中，然后通過查表指令“MOVC　A，@A+DPTR”把數(shù)據(jù)取到累加器A中，然后再送到P1口進(jìn)行顯示。具體源程序如下，TAB標(biāo)號處的數(shù)據(jù)表可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)效果的要求任意修改。

ORG 0000H ；單片機(jī)上電后從0000H地址執(zhí)行

AJMP START ；跳轉(zhuǎn)到主程序存放地址處

ORG 0030H ；設(shè)置主程序開始地址

START：MOV SP，#60H ；設(shè)置堆棧起始地址為60H

MOV DPTR，# TAB ；流水花樣表首地址送DPTR

LOOP： CLR A ；累加器清零

MOVC A，@A+DPTR ；取數(shù)據(jù)表中的值

CJNE A，#0FFH，SHOW；檢查流水結(jié)束標(biāo)志

AJMP START ；所有花樣流完，則從頭開始重復(fù)流

SHOW： MOV P1，A ；將數(shù)據(jù)送到P1口

ACALL DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序

INC DPTR ；取數(shù)據(jù)表指針指向下一數(shù)據(jù)

AJMP LOOP ；繼續(xù)查表取數(shù)據(jù)

DELAY：　 ；延時(shí)子程序

MOV R0，#255　　 ；延時(shí)一段時(shí)間

D1： MOV R1，#255

DJNZ R1，$

DJNZ R0，D1

RET ；子程序返回

TAB：　　　　 ；下面是流水花樣數(shù)據(jù)表，用戶可據(jù)要求任意編寫

DB 11111110B ；二進(jìn)制表示的流水花樣數(shù)據(jù)，從低到高左移

DB 11111101B

DB 11111011B

DB 11110111B

DB 11101111B

DB 11011111B

DB 10111111B

DB 01111111B

DB 01111111B ；二進(jìn)制表示的流水花樣數(shù)據(jù)，從高到低右移

DB 10111111B

DB 11011111B

DB 11101111B

DB 11110111B

DB 11111011B

DB 11111101B

DB 11111110B

DB 0FEH，0FDH，0FBH，0F7H ；十六進(jìn)制表示的流水花樣數(shù)據(jù)

DB 0EFH，0DFH，0BFH，7FH

DB 7FH，0BFH，0DFH，0EFH

DB 0F7H，0FBH，0FDH，0FEH

……

DB 0FFH ；流水花樣結(jié)束標(biāo)志0FFH

END ；程序結(jié)束

4.結(jié)語

當(dāng)上述程序之一編寫好以后，我們需要使用編譯軟件對其編譯，得到單片機(jī)所能識別的二進(jìn)制代碼，然后再用編程器將二進(jìn)制代碼燒寫到AT89C51單片機(jī)中，最后連接好電路通電，我們就看到LED1～LED8的“流水”效果了。本文所給程序?qū)崿F(xiàn)的功能比較簡單，旨在拋磚引玉，用戶可以自己在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展更復(fù)雜的流水燈控制，比如鍵盤控制流水花樣、控制流水燈顯示數(shù)字或圖案等等。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐煜明，韓雁.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.1
[2]萬光毅，嚴(yán)義，邢春香.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.4