流水灯实验报告

系统教程470 更新时间：2025-09-08 14:33:33

2024年6月5日发(作者：)

题目：

基于AT89C52单片机的多模式流水灯设计——程序设计

一、概述

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的

Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司

的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理

器和Flash存储单元。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内

含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52

可以按照常规方法进行编程。

P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能

及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主

IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控

制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和X

TAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入

端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接

+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义。

二、实验原理与设计方案

设计平台：

AT89C51单片机；PC机，含Keil软件平台，Proteus软件平台；单片机开发板。

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如下图2为开发板：

设计思路：

本系统主要通过P1口来控制LED的闪烁，有10种模式（0~9）可供选择。通过模式按键来选择

需要的闪烁方式，这里主要通过几个计数器来控制，按下一次按键，计数器加1，模式切换到下一

种模式。同时利用数码管将模式显示出来。另外还有一个加速和减速的按键，系统设定有30种速度

可供选择。按下一次加速键，速度计数器加1，按下一次减速键，速度计数器减1。其中加速减速主

要是通过设定定时器2的定时时间来改变的，加速，减速主要是将定时器的时间加减。特别一提的

是，按键的按下读取要消除抖动。

设计方案与电路模块：

要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1～LED16依次点亮、熄灭，16只LED灯便会

一亮一暗的做流水灯了。在这个设计中，我们不只是单一的做向左运动或向右运动，而是设计了十

个模式，而每一种模式也有30种速度可供选择，因此我们在普通的流水灯基础上增加了模式的选择

功能、速度的选择功能和一个数码显示管来显示模式编号。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。

该流水灯实验一共可分为六个模块：晶振电路模块、复位电路模块、数码管显示模块、AT89C

52单片机模块、功能模式选择模块、LED流水灯模块。

其中五个模块连接在AT89C52单片机上构成一个完整的系统。此系统的原理框图如图1所示：

第2页共17页

图1

1、晶振电路模块

晶振是晶体振荡器的简称。在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的

二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的

频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围

内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个

并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围

很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。

晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到

晶振标称的谐振频率。一般的晶振的负载电容为15p或12.5p，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，

则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。

2、复位电路模块

这个模块主要进行复位操作。

3、LRD流水灯模块

要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1～LED16依次点亮、熄灭，16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。

且每一个LED灯于一个电阻串联。

4、功能模式选择模块

在该模块中，我们要运用3个键，分别是模式键、加速键和减速键。因为该设计一共设有10

种模式，因此模式键的功能就是选择运行哪一个模式。加速键顾名思义，是调节增加流水灯的运行

速度。减速键就是减少流水灯的运行速度。

5、数码管显示模块

此模块主要是用来显示按下模式键后选择是哪个模式，其选择范围为0—9，既10个模式，因

此只用一个数码管就可以了。

第3页共17页

三、硬件电路图与流程图

1、电路图：

硬件电路图

2、消抖模块流程图

因为在按键产生高电平的时候，数码管会产生抖动。在上升沿处抖动不强烈，可以忽略。但在下降

沿处抖动会很强烈，而使我们很难观察到数码管的变化，只是会看到数码管在一直闪动，因此我们

需要增加延迟的时间来消除抖动。如减慢键的程序：

if(!(CheckValue&0x20)) //判断是否被按下

{

delay(5); //判断上升沿

if(!(CheckValue&0x20))

{

第4页共17页

Key|=0x01;

delay(500); // 下降沿，消除抖动

}

else

return 0x00;

}

上升沿的抖动可以忽略，故延迟时间只是5ms，而下降沿抖动剧烈，故延迟时间给了500ms，用以

消除抖动。

3、定时器中断和速度改变模块

定时器中断程序：

unsigned int TimerCount,SystemSpeed,SystemSpeedIndex;

void InitialTimer2(void)

{

T2CON = 0x00; //8位自动重装模式，设定时间，控制中断，控制流水灯速度

TH2 = RCAP2H = 0xFC; //重装值,初始值 TL2 = RCAP2L = 0x18;

ET2=1; //定时器 2 中断允许

TR2 = 1; //定时器 2 启动

EA=1;

}

中断处理函数：

void Timer2(void) interrupt 5 using 3

{

TF2 = 0; //中断端口，中断标志清除( Timer2 必须软件清除标志)

if(++TimerCount>=SystemSpeed)

{

TimerCount = 0;

TimerEventRun();

}

速度改变程序：

unsigned int code SpeedCode[]={ 1, 2, 3, 5, 8, 10, 14, 17, 20, 30,

40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160,

180, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900,1000}; //30种速度

第5页共17页

void SetSpeed(unsigned char Speed)

{

SystemSpeed =SpeedCode[Speed];

}

这里采用数组法，并且定义一开始的速度是第十个，既30ms。

4、主程序流程图

由调用模式的模块实现：

void TimerEventRun(void)

{

if(RunMode==0x00)

{

Mode_0();

}

else if(RunMode ==0x01)

{

Mode_1();

}

else if(RunMode ==0x02)

{

Mode_2();

}

else if(RunMode ==0x03)

{

Mode_3();

}

else if(RunMode ==0x04)

{

Mode_4();

}

else if(RunMode ==0x05)

{

Mode_5();

}

else if(RunMode ==0x06)

{

Mode_6();

}

else if(RunMode ==0x07)

{

Mode_7();

}

else if(RunMode ==0x08)

{

Mode_8();

}

else if(RunMode ==0x09)

第6页共17页

{

Mode_9();

}

四、实验结果举例

1、模式0:

一个亮灯循环左移，按下列步骤运行，初始状态○○○○○○○○

1 ○○○○○○○●

2 ○○○○○○●○

3 ○○○○○●○○

4 ○○○○●○○○

5 ○○○●○○○○

6 ○○●○○○○○

7 ○●○○○○○○

8 ●○○○○○○○

回初始状态重复循环

2、模式5:

四个亮灯一起循环左移，按下列步骤运行，初始状态○○○○○○○○

1 ○○○○○○○●

第7页共17页

2 ○○○○○○●●

3 ○○○○○●●●

4 ○○○○●●●●

5 ○○○●●●●○

6 ○○●●●●○○

7 ○●●●●○○○

8 ●●●●○○○○

9 ●●●○○○○○

10●●○○○○○○

11●○○○○○○○

12○○○○○○○○

3、模式8：

五、实验总结

在这次的作业中，我们选择做流水灯的实验，虽然难度不大，但我们用C语言编写了10种流水

灯的模式，并从中较好的理解和运用AT89C52单片机的功能。我们利用空余时间焊了一个实物

电路板，但由于粗心等原因，焊板质量比较粗糙。最终该焊板也没能正常工作。以下是我们

的电路板：

第8页共17页

由于电路板不能正常工作，我们只好把原程序稍作改动，移植到开发板上，如图：

另外上面所提到的电平抖动（电平毛刺）问题，按键抖动的问题对所有的处理器都存在，单

片机、CPLD/FPGA以及ARM等等，都会存在抖动，所以在编写程序的时候，需要适当的绕开抖动

的边沿再去采样，也就是说，要避免直接去采样按键瞬间产生的不稳定的信号。通常采用的方法有：

延时采样和多次采样等，前者应用较多，如单片机中，按键之后延时一段时间再读取信号即可。本

实验就是采用这种方法来消除抖动的。关于原程序的改动，就是去除了rst电路，其它原理和

原程序完全一致。

在编写程序时用的是C语言，其主要原因是因为相对之下，我比较掌握C语言，对于接

近硬件方面的汇编不是很熟悉。编写最开始是要调用库文件、单片机端口、变量等。程序主

要分5个部分：部分一是关于模式键的判断；部分二是流水灯的功能实现；部分三是调用模

式；部分四是中断处理；部分五是执行循环。上面已经提过，消除抖动非常重要，主要办法

是在下降沿地方给一个较大的延迟时间，以覆盖抖动的区域，不然实际操作中我们是看不到

数码管的显示。通过这次作业，我对单片机的学习有了更深刻的掌握，并复习了C语言，对

以后的设计提供基础。

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六、附录：完整C代码及注释

#include

unsigned char RunMode;

sbit dula = P2^6;

sbit wela = P2^7;

sbit leden = P2^5;

void delay(unsigned int z) //无返回值，调用无符号变量z

{

unsigned int x,y;

for(x=z;x>0;x--) //x减1，循环语句

for(y=110;y>0;y--);

}

//**********************************System

Fuction*************************************************第一部分

void Delay1ms(unsigned int count)

{

unsigned int i,j;

for(i=0;i

for(j=0;j<120;j++);

}

unsigned char code LEDDisplayCode[] =

{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //0—9，定义一个无符号数组，显示一

共有10种模式

void Display(unsigned char Value) //上面10个取一个放进value

{

P0 = LEDDisplayCode[Value]; //P0端口接数码管

}

void LEDFlash(unsigned char Count) //设定LED的闪烁次数

{

unsigned char i;

bit Flag; //定义flag是一个位数

for(i = 0; i

{

Flag = !Flag;

if(Flag)

Display(RunMode);

else

Display(0x10);

Delay1ms(100); //延时100ms

}

Display(RunMode);

} //整个功能为开电源后数码管闪了0.1s后熄灭

第10页共17页

unsigned char GetKey(void) //判断是模式，加快还是减慢按键被按下

{ //部分二，判断键是否被按下

unsigned char KeyTemp,CheckValue,Key = 0x00; //初始三个键为0

CheckValue = P3&0xe0;

if(CheckValue==0xe0) //什么都没有按下

return 0x00;

Delay1ms(10);

KeyTemp = P3&0xe;

if(KeyTemp==CheckValue)

return 0x00;

if(!(CheckValue&0x20)) //减慢键，判断是否按下

{

delay(5); //判断上升沿

if(!(CheckValue&0x20))

{

Key|=0x01;

delay(500); //判断下降沿，消除抖动

}

else

return 0x00;

}

if(!(CheckValue&0x40)) //加速键

{

delay(5);

if(!(CheckValue&0x40))

{

Key|=0x02;

delay(500);

}

else

return 0x00;

}

if(!(CheckValue&0x80)) //模式键

{

delay(5);

if(!(CheckValue&0x80))

{

Key|=0x04;

delay(500);

}

else

return 0x00;

}

return Key;

第11页共17页

}

unsigned int TimerCount,SystemSpeed,SystemSpeedIndex; //定义计数器、速度、速度数值

void InitialTimer2(void) //调用硬件

{

T2CON = 0x00; //8位自动重装模式，设定时间，控制中断，控制流灯速度

TH2 = RCAP2H = 0xFC; //重装值,初始值 TL2 = RCAP2L = 0x18;

ET2=1; //定时器 2 中断允许

TR2 = 1; //定时器 2 启动

EA=1;

}

//部分三，实现功能的主程序

unsigned int code SpeedCode[]={ 1, 2, 3, 5, 8, 10, 14, 17, 20, 30,

40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160,

180, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900,1000};//30

种速度，当速度加到最大值时数码管会闪动

void SetSpeed(unsigned char Speed)

{

SystemSpeed =SpeedCode[Speed];

}

void LEDShow(unsigned int LEDStatus) //初始全亮

{

P1 = ~(LEDStatus&0x00FF);

}

void InitialCPU(void) //初始化CPU

{

RunMode = 0x00; //数码管

TimerCount = 0;

SystemSpeedIndex = 10; //定义初始速度为第十个：30ms

leden = 1; //使用上

wela = 1; //使用上

P0 = 0x00; //全亮

wela = 0; //没使用

P1 = 0x00;

Delay1ms(500); //闪烁

P1 = 0xFF;

SetSpeed(SystemSpeedIndex); //取速度值

Display(RunMode);

}

//Mode 0，一个灯由上至下依次点亮

unsigned int LEDIndex = 0;

bit LEDDirection = 1,LEDFlag = 1;

void Mode_0(void)

第12页共17页

{

LEDShow(0x0001<

LEDIndex = (LEDIndex+1)%16;

}

//Mode 1，一个灯由下至上依次点亮

void Mode_1(void)

{

LEDShow(0x8000>>LEDIndex);

LEDIndex = (LEDIndex+1)%16;

}

//Mode 2，一个灯先由下至上依次点亮，再由上至下点亮

void Mode_2(void)

{

if(LEDDirection)

LEDShow(0x0001<

else

LEDShow(0x8000>>LEDIndex);

if(LEDIndex==15)

LEDDirection = !LEDDirection;

LEDIndex = (LEDIndex+1)%16;

}

//Mode 3，灯首先全亮，一个灭灯先由下至上依次熄灭，再由上至下熄灭

void Mode_3(void)

{

if(LEDDirection)

LEDShow(~(0x0001<

else

LEDShow(~(0x8000>>LEDIndex));

if(LEDIndex==15)

LEDDirection = !LEDDirection;

LEDIndex = (LEDIndex+1)%16;

}

//Mode 4，灯首先全亮，由下至上依次熄灭，再由下至上依次点亮，再由上至下点亮，最后由上至

下熄灭

void Mode_4(void)

{

if(LEDDirection)

{

if(LEDFlag)

LEDShow(0xFFFE<

else

LEDShow(~(0x7FFF>>LEDIndex));

}

else

{

if(LEDFlag)

第13页共17页

LEDShow(0x7FFF>>LEDIndex);

else

LEDShow(~(0xFFFE<

}

if(LEDIndex==15)

{

LEDDirection = !LEDDirection;

if(LEDDirection) LEDFlag = !LEDFlag;

}

LEDIndex = (LEDIndex+1)%16;

}

//Mode 5，四个亮灯一起先由下至上点亮，再由上至下熄灭，和mode2对比

void Mode_5(void)

{

if(LEDDirection)

LEDShow(0x000F<

else

LEDShow(0xF000>>LEDIndex);

if(LEDIndex==15)

LEDDirection = !LEDDirection;

LEDIndex = (LEDIndex+1)%16;

}

//Mode 6，四个灭灯一起先由下至上熄灭，再由上至下点亮，与mode5相反

void Mode_6(void)

{

if(LEDDirection)

LEDShow(~(0x000F<

else

LEDShow(~(0xF000>>LEDIndex));

if(LEDIndex==15)

LEDDirection = !LEDDirection;

LEDIndex = (LEDIndex+1)%16;

}

//Mode 7，六个灯一起先由下至上熄灭，再由上至下点亮

void Mode_7(void)

{

if(LEDDirection)

LEDShow(0x003F<

else

LEDShow(0xFC00>>LEDIndex);

if(LEDIndex==9)

LEDDirection = !LEDDirection;

LEDIndex = (LEDIndex+1)%10;

第14页共17页

}

//Mode 8，由上至下亮灯往下走，当第一个亮灯走到第二个灯位时，第二个亮灯开始走，如此积累，

知道8个灯全亮

void Mode_8(void)

{

LEDShow(++LEDIndex);

}

//Mode 9，与mode8相反

void Mode_9(void)

{

LEDShow(--LEDIndex);

}

//调用模式

void TimerEventRun(void)

{

if(RunMode==0x00)

{

Mode_0();

}

else if(RunMode ==0x01)

{

Mode_1();

}

else if(RunMode ==0x02)

{

Mode_2();

}

else if(RunMode ==0x03)

{

Mode_3();

}

else if(RunMode ==0x04)

{

Mode_4();

}

else if(RunMode ==0x05)

{

Mode_5();

}

else if(RunMode ==0x06)

{

Mode_6();

}

else if(RunMode ==0x07)

{

第15页共17页

Mode_7();

}

else if(RunMode ==0x08)

{

Mode_8();

}

else if(RunMode ==0x09)

{

Mode_9();

}

//中断处理函数

void Timer2(void) interrupt 5 using 3

{

TF2 = 0; //中断端口，中断标志清除( Timer2 必须软件清除标志)

if(++TimerCount>=SystemSpeed)

{

TimerCount = 0;

TimerEventRun();

}

unsigned char MusicIndex = 0;

void KeyDispose(unsigned char Key)

{

if(Key&0x01) // 按键设定8个模式，判断key值

{

LEDDirection = 1;

LEDIndex = 0;

LEDFlag = 1;

RunMode = (RunMode+1)%10; //循环计数

Display(RunMode);

}

if(Key&0x02) //流水灯流动的速度减慢

{

if(SystemSpeedIndex>0) //第几个速度

{

--SystemSpeedIndex;

SetSpeed(SystemSpeedIndex);

}

else

{

LEDFlash(6); //数码管闪烁时间

}

if(Key&0x04) //流水灯流动的速度加快

{

if(SystemSpeedIndex<28)

第16页共17页

{

++SystemSpeedIndex;

SetSpeed(SystemSpeedIndex);

}

else

{

LEDFlash(6);

}

//***********************************************************************************

main()

{

unsigned char Key;

InitialCPU();

InitialTimer2();

while(1) //条件语句，死循环，永远执行

{

Key = GetKey();//获取按键

if(Key!=0x00)

{

KeyDispose(Key);//按照设定的模式和速度亮灯

}

第17页共17页

本文发布于:2024-06-05，感谢您对本站的认可！

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