用單片機實現流水燈的控制設計

摘要：本文介紹了一簡易流水燈的軟硬件設計過程，重點給出了其軟件編程的思想方法，以期給單片機學習者以啟發。
關鍵字：單片機；流水燈；編程

1.引言

當今時代是一個新技術層出不窮的時代，在電子領域尤其是自動化智能控制領域，傳統的分立元件或數字邏輯電路構成的控制系統，正以前所未見的速度被單片機智能控制系統所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。目前，一個學習與應用單片機的高潮正在工廠、學校及企事業單位大規模地興起。學習單片機的最有效方法就是理論與實踐并重，本文筆者用AT89C51單片機自制了一款簡易的流水燈，重點介紹了其軟件編程方法，以期給單片機初學者以啟發，更快地成為單片機領域的優秀人才。

2.硬件組成

按照單片機系統擴展與系統配置狀況，單片機應用系統可分為最小系統、最小功耗系統及典型系統等。AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，具有豐富的內部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個16位定時/計數器、5個向量兩級中斷結構、2個全雙工的串行口，具有4.25～5.50V的電壓工作范圍和0～24MHz工作頻率，使用AT89C51單片機時無須外擴存儲器。因此，本流水燈實際上就是一個帶有八個發光二極管的單片機最小應用系統，即為由發光二極管、晶振、復位、電源等電路和必要的軟件組成的單個單片機。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口的電平變為低電平就可以了；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的電平變為高電平；同理，接在P1.1～P1.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實現流水燈功能，我們只要將發光二極管LED1～LED8依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的做流水燈了。在此我們還應注意一點，由于人眼的視覺暫留效應以及單片機執行每條指令的時間很短，我們在控制二極管亮滅的時候應該延時一段時間，否則我們就看不到“流水”效果了。

3.軟件編程

單片機的應用系統由硬件和軟件組成，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點亮的現象，我們還需要告訴單片機怎么來進行工作，即編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現發光二極管的一亮一滅。軟件編程是單片機應用系統中的一個重要的組成部分，是單片機學習的重點和難點。下面我們以最簡單的流水燈控制功能即實現8個LED燈的循環點亮，來介紹實現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，采用順序程序結構，用位指令控制P1口的每一個位輸出高低電平，從而來控制相應LED燈的亮滅。程序如下：

ORG 0000H ；單片機上電后從0000H地址執行

AJMP START ；跳轉到主程序存放地址處

ORG 0030H ；設置主程序開始地址

START：MOV SP，#60H ；設置堆棧起始地址為60H

CLR P1.0 ；P1.0輸出低電平，使LED1點亮

ACALL　DELAY ；調用延時子程序

　　　　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點亮

ACALL　DELAY ；調用延時子程序

　　　　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點亮

ACALL　DELAY ；調用延時子程序

　　　　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點亮

　　　　ACALL　DELAY ；調用延時子程序

　　　　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點亮

　　　　ACALL　DELAY ；調用延時子程序

　　　　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點亮

　　　　ACALL　DELAY ；調用延時子程序

　　　　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點亮

　　　　ACALL　DELAY ；調用延時子程序

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點亮

ACALL　DELAY ；調用延時子程序

　　　　SETB　　P1.7 ；P1.7輸出高電平，使LED8熄滅

ACALL　DELAY ；調用延時子程序

　　　　AJMP　 START ；8個LED流了一遍后返回到標號START處再循環

DELAY：　 ；延時子程序

MOV R0，#255　　；延時一段時間

D1： MOV R1，#255

DJNZ R1，$

DJNZ R0，D1

RET ；子程序返回

　　　　END ；程序結束

3.2循環移位法

在上個程序中我們是逐個控制P1端口的每個位來實現的，因此程序顯得有點復雜，下面我們利用循環移位指令，采用循環程序結構進行編程。我們在程序一開始就給P1口送一個數，這個數本身就讓P1.0先低，其他位為高，然后延時一段時間，再讓這個數據向高位移動，然后再輸出至P1口，這樣就實現“流水”效果啦。由于8051系列單片機的指令中只有對累加器ACC中數據左移或右移的指令，因此實際編程中我們應把需移動的數據先放到ACC中，讓其移動，然后將ACC移動后的數據再轉送到P1口，這樣同樣可以實現“流水”效果。具體編程如下所示，程序結構確實簡單了很多。

ORG 0000H ；單片機上電后從0000H地址執行

AJMP START ；跳轉到主程序存放地址處

ORG 0030H ；設置主程序開始地址

START：MOV SP，#60H ；設置堆棧起始地址為60H

MOV　 A，#0FEH ；ACC中先裝入LED1亮的數據（二進制的11111110）

MOV　　P1，A ；將ACC的數據送P1口

MOV　　R0，#7 ；將數據再移動7次就完成一個8位流水過程

LOOP： RL A ；將ACC中的數據左移一位

MOV P1，A ；把ACC移動過的數據送p1口顯示

ACALL DELAY ；調用延時子程序

DJNZ R0，LOOP ；沒有移動夠7次繼續移動

AJMP START ；移動完7次后跳到開始重來，以達到循環流動效果

DELAY：　 ；延時子程序

MOV R0，#255　　；延時一段時間

D1： MOV R1，#255

DJNZ R1，$

DJNZ R0，D1

RET ；子程序返回

　　　　END ；程序結束

3.3查表法

　　上面的兩個程序都是比較簡單的流水燈程序，“流水”花樣只能實現單一的“從左到右”流方式。運用查表法所編寫的流水燈程序，能夠實現任意方式流水，而且流水花樣無限，只要更改流水花樣數據表的流水數據就可以隨意添加或改變流水花樣，真正實現隨心所欲的流水燈效果。我們首先把要顯示流水花樣的數據建在一個以TAB為標號的數據表中，然后通過查表指令“MOVC　A，@A+DPTR”把數據取到累加器A中，然后再送到P1口進行顯示。具體源程序如下，TAB標號處的數據表可以根據實現效果的要求任意修改。

ORG 0000H ；單片機上電后從0000H地址執行

AJMP START ；跳轉到主程序存放地址處

ORG 0030H ；設置主程序開始地址

START：MOV SP，#60H ；設置堆棧起始地址為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 ；取數據表中的值

CJNE A，#0FFH，SHOW；檢查流水結束標志

AJMP START ；所有花樣流完，則從頭開始重復流

SHOW： MOV P1，A ；將數據送到P1口

ACALL DELAY ；調用延時子程序

INC DPTR ；取數據表指針指向下一數據

AJMP LOOP ；繼續查表取數據

DELAY：　 ；延時子程序

MOV R0，#255　　 ；延時一段時間

D1： MOV R1，#255

DJNZ R1，$

DJNZ R0，D1

RET ；子程序返回

TAB：　　　　 ；下面是流水花樣數據表，用戶可據要求任意編寫

DB 11111110B ；二進制表示的流水花樣數據，從低到高左移

DB 11111101B

DB 11111011B

DB 11110111B

DB 11101111B

DB 11011111B

DB 10111111B

DB 01111111B

DB 01111111B ；二進制表示的流水花樣數據，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 ；十六進制表示的流水花樣數據

DB 0EFH，0DFH，0BFH，7FH

DB 7FH，0BFH，0DFH，0EFH

DB 0F7H，0FBH，0FDH，0FEH

……

DB 0FFH ；流水花樣結束標志0FFH

END ；程序結束

4.結語

當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，得到單片機所能識別的二進制代碼，然后再用編程器將二進制代碼燒寫到AT89C51單片機中，最后連接好電路通電，我們就看到LED1～LED8的“流水”效果了。本文所給程序實現的功能比較簡單，旨在拋磚引玉，用戶可以自己在此基礎上擴展更復雜的流水燈控制，比如鍵盤控制流水花樣、控制流水燈顯示數字或圖案等等。

參考文獻：

[1]徐煜明，韓雁.單片機原理及接口技術[M].北京：電子工業出版社，2005.1
[2]萬光毅，嚴義，邢春香.單片機實驗與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.4