基于51單片機的流水燈的設(shè)計與實現(xiàn)

吳文兵 脫建智

摘 要：本文基于STC89C52單片機應(yīng)用為核心，從系統(tǒng)的硬件電路入手，將8位發(fā)光二極管通過共陰極接法接到單片機的P0端口，并通過控制P0口的電平高低以達到控制發(fā)光二極管，從而實現(xiàn)循環(huán)流水燈的設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】發(fā)光二極管 單片機 流水燈

在我們的日常生活中，隨處可見各種美麗的霓虹燈，這些美麗的霓虹燈將我們的城市裝扮的絢麗多彩，霓虹燈廣告牌也已經(jīng)成為各大商家爭相競爭的手段。其實這些霓虹燈是由發(fā)光二極管組合而成的，而這些發(fā)光二極管的組合多數(shù)也是基于單片機設(shè)計和制作出來的。而這些霓虹燈大多電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不容易實現(xiàn)。我們就以制作一臺簡易循環(huán)流水燈為例來介紹一下它基于51單片機的設(shè)計方案。

1 功能需求約定

本次設(shè)計主要實現(xiàn)8個發(fā)光管間隔200ms由上至下，再由下至上，一個輪回后再重復(fù)上個輪回，即用單片機來設(shè)計循環(huán)流水燈，就是實現(xiàn)這十五種狀態(tài)的循環(huán)切換控制。

2 開發(fā)方案的設(shè)計

本文分別從硬件設(shè)計方案和軟件設(shè)計方案兩個方面進行分析。

2.1 硬件設(shè)計方案

根據(jù)循環(huán)流水燈的十五種運行狀態(tài)，可以看出，每盞燈的每種狀態(tài)我們可以做同樣的處理，因此在電路設(shè)計中，可以在每種狀態(tài)下，對單片機的對應(yīng)引腳做同樣的輸出，這樣我們就可以實現(xiàn)基于51單片機最小系統(tǒng)電路（如圖1a所示）流水燈模型的硬件設(shè)計了，值得說明的是我們這里采用的是共陰極連接方式（如圖1b所示），所謂共陰極連接方式即發(fā)光二極管的陰極連接在一起形成一個公共端。如圖1b中的D0-D7八個發(fā)光二極管就為共陰極連接方式。在這里每個發(fā)光二極管上還串聯(lián)了一個限流電阻，那此限流電阻的阻值又該如何選取呢？由于單片機上提供的電壓一般為+5V，發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降一般為1.7V左右，需要的電流一般為3mA，所以限流電阻阻值的計算公式為

2.2 軟件設(shè)計方案

狀態(tài)控制碼的確定

所謂狀態(tài)控制碼，就是要使流水燈工作在某一種狀態(tài)，我們應(yīng)該向單片機的控制口所輸出的編碼，由前面的硬件設(shè)計可知，在某一個狀態(tài)下，當(dāng)P0口的某一引腳輸出為1時，對應(yīng)的發(fā)光二極管點亮，當(dāng)P0口某一引腳輸出為0時，對應(yīng)發(fā)光二極管熄滅，因此我們前方十五種狀態(tài)所對應(yīng)的P0口控制碼可以依次寫出，以狀態(tài)1D0燈亮為例，我們可以得到00000001的一個狀態(tài)碼，也就是01（十六進制），因此我們只需要為01通過P0口輸出就可以實現(xiàn)狀態(tài)1的顯示了。

在確定了控制碼之后就可以進行程序流程的設(shè)計了，上電后，取狀態(tài)1的控制碼，并且通過P0口輸出實現(xiàn)D0燈亮，延遲一定時間后，取狀態(tài)2的控制碼實現(xiàn)D1燈亮，按照這個流程直到取狀態(tài)15的控制碼，實現(xiàn)對應(yīng)燈點亮，再從狀態(tài)一開始執(zhí)行，實現(xiàn)這十五種狀態(tài)的循環(huán)切換控制。

3 系統(tǒng)模型的實現(xiàn)

3.1 實現(xiàn)方法

對于單片機而言，一般編程完畢后先基于Proteus等平臺進行仿真測試，然后再進行電路的實現(xiàn)和產(chǎn)品的形成。

3.1.1 軟件實現(xiàn)

本次設(shè)計采用了C51語言，并基于keilC51開發(fā)環(huán)境進行實現(xiàn)，在main主程序當(dāng)中，完成主循環(huán)任務(wù)，對于15種狀態(tài)的控制，其實是一樣的，都是將操作碼送給P0口，而且延時時間也是相同的，所以可以用一個延時子函數(shù)來編寫。

3.1.2 硬件實現(xiàn)

本次設(shè)計所需要的元器件是8個發(fā)光二極管、8只限流電阻、一塊STC89C52單片機、一個USB下載裝置以及若干個杜邦線。

3.2 實現(xiàn)操作

任務(wù)：本次設(shè)計主要實現(xiàn)8個發(fā)光管間隔200ms由上至下，再由下至上，一個輪回后再重復(fù)上個輪回。

我們將程序編寫為如圖2所示。

程序中用到了intrins.h庫函數(shù)中的_crol_和_cror_指令，如在main主程序中的大循環(huán)內(nèi)，將i=0x01的值給P0，則D0燈點亮，延時一定時間后，循環(huán)左移一位，此時i的值變?yōu)?x02，再將i的值給P0，則D1燈亮，延時一定時間，按照這種方式直到i的值變?yōu)?x80，將此值再賦給P0，實現(xiàn)D7燈亮。接下來開始循環(huán)右移一位，此時i的中變?yōu)?x40，再將i的值給P0，則D6燈亮，延時一定時間，由此實現(xiàn)八個發(fā)光二極管從上而下，再從下到上依次點亮的任務(wù)。

4 結(jié)語

經(jīng)過上面的設(shè)計，我們完成了循環(huán)流水燈的設(shè)計，循環(huán)流水燈相對于其他的設(shè)計，已經(jīng)相當(dāng)簡單，即沒有中斷也沒有定時/計數(shù)部分。但是這次設(shè)計，難點還是有的，比如發(fā)光二極管中高低電平的選擇，以及保護電阻的選取?？傊ㄟ^設(shè)計該循環(huán)流水燈我們掌握了它基于51單片機的設(shè)計方法，同時可以將該方法推廣到我們其他基于51單片機的小制作中。

參考文獻

[1]張燦.單片機花樣流水燈設(shè)計.信息通信，2013（6）.

[2]王莉莉，宋冬萍.基于單片機的花式流水燈的設(shè)計[J]，廣西輕工業(yè)，2011（11）.

作者簡介

吳文兵（1985-），女，河北省人?，F(xiàn)就職于濰坊工程職業(yè)學(xué)院。主要研究方向是機電一體化、單片機設(shè)計方面的研究。

脫建智（1981-），男，回族，山東省人?，F(xiàn)就職于濰坊工程職業(yè)學(xué)院。主要研究方向是單片機設(shè)計方面的研究。

作者單位

濰坊工程職業(yè)學(xué)院山工機電工程學(xué)院 山東省濰坊市 262500