用AT89C2051单片机制作简易流水灯

　　一、所需元件及其作用
　　
　　
　　1．实验面包板一块
　　
　　面包板上下两半对称。其插孔间距为2.5mm。紧靠中缝的两排孔距7.5mm，正好能将7.5mm双列直插式集成电路，包括AT89C2051单片机插入。紧靠中缝纵向每5个孔内部已用金属双簧片连通，只要插入导线横向接通两点，就能构成任意电路。
　　
　　面包板最上边的两排水平孔内部已用金属双簧片横向连通，一般作电源正极；最下边的两排水平孔内部也用金属双簧片横向连通，一般作电源负极。
　　
　　还要注意，最上边的左边第1组一直到第5组5组水平孔内部亦连通，右边第1组一直到第5组5组水平孔内部亦连通，但中间断开，需要时应在外部插线连接。最下边的10组水平孔亦如此。
　　
　　注意面包实验板不允许插入过粗的线头，否则将损坏实验板内部的金属双簧片弹性，日后易造成接触不良。面包板允许插入线径最好不超过0.7mm。8芯因特网电缆的单股线径0.5mm，最适合插入面包板，也最容易寻求。制作时可用电工专用剥线钳去除因特网单股线的线皮。
　　
　　2．发光二极管8个、限流电阻8个
　　
　　LED由砷化镓(CaAs)等半导体材料制成，红，绿色LED正向压降约1.6-2V，白光及蓝光LED约2.8-3.2V；单片机系统工作电源通常为5V，所以一般要与LED串联一个限流电阻。
　　
　　已知电源电压UCC，LED工作电流I，可取2。4mA。正向压降UIED，估算限流电阻为：

　　3．双列直插20线单片机一片
　　
　　8051单片机有4个8位I/O口，每个I/0口可以单独做输入或输出。再加上电源地、复位、晶体振荡等引线，共40或44引线。在简单应用场合用不了那么多I/O口，AT89C2051只留下一半I/O口，内部结构和8051相同，如上图所示，2051单片机Pl、P3口结构见下图。

　　单片机输出l，就是使MOS电子开关漏极D与源极S断开；输出0，就是使MOS电子开关漏极D与源极S接合。
　　
　　2051单片机I/O口内部与地之间的电子开关T断开时，可以接收外部输入高、低电平信号，T接合时口线被短路到地，就不能接收外部输入高电平信号。2051单片机I/O口输出1之后，内部与地之间的电子开关T断开，就能作输入。
　　
　　把这样的即可作输出口、又可有条件地作输入的I/O口叫做准双向I/O口。要明确51单片机I/O口只有在1状态下才能作输入。复位后51单片机I/O口处于1状态。复位后51单片机I/O口既能作输入，又能作输出。
　　
　　4．晶体
　　
　　单片机中类似于人的心脏的东西叫做时钟振荡器，单片机用晶体振荡使时钟更稳定准确。设计制作单片机电路时，只要把晶振的两条线接在单片机芯片的规定两脚之间，在直流电源作用下就会产生连续电压脉冲，形成单片机一步步执行指令的时钟信号。
　　
　　晶振决定计算机主频。51单片机晶振频率范围为0—33MHz。一般选6MHz或12MHz晶振。
　　
　　晶振相当于RLC等效电路。将6MHz晶振的两个引线连接在AT89C2051第4，5脚，与芯片内部的反相器构成正反馈，形成6MHz振荡，为单片机工作提供时钟信号。
　　
　　5．复位电路
　　
　　上电前1μ电容无电荷。故上电后Reset脚相当与+5V电源连接而短暂地获得高电平电压。随着电源Vcc经lOk电阻给1μ电容充电，Reset脚电压逐渐变低，完成复位，上电约4ms后开始执行程序。
　　
　　复位按钮Sl按下时，lμ电容经lk电阻放电。复位按钮Reset按下期间，Reset脚获得101 (1+10)×5V一4.55V高电平电压，松开Sl后电源Vcc经lOk电阻给1μ电容充电，Reset脚逐渐变低，约3ms后又开始执行程序。
　　
　　系统出现故障时，首先检查有无电源电压，其次检查Reset脚电压是否正常。51单片机正常工作时Reset脚电压应为低电平。若查出Reset脚电压为高电平，则应检查外接复位电路。

　　二、安装过程
　　
　　新品LED较长的一脚为正极。
　　
　　从侧面看，通常LED内部尺寸较小的一条腿为正极。LED两个引线应剪短到10～12mm，引脚适当掰宽，下图下方有2只LED，然后骑插到面包板中缝上下，注意正极下。

　　
　　搭接复位电路时，首先插入电解电容。电解电容正极朝上，负极朝下，以便插入一小段明线将其正极与单片机第20脚连接，再插入一小段明线将其负极与单片机第1脚连接。按钮开关一极需要插入一段明线与电容正极连接，电阻按图插入即可，然后用因特网线将单片机第12脚(P1.0)与右边第1个LED负极连接，见图中白线。再依次将Pl口线与其他LED负极一一连接。
　　
　　将下横条作为电源正极，将2k4电阻一一连接在LED正极与电源正极之间。
　　
　　最后通过开关右极将单片机第20脚与下横条连接，整个电路即搭接完毕。

　　三、电路图电路
　　
　　如下图所示。常用发光二极管有φ3mm和φ5mm。选φ3mm发光二极管制作霓虹灯，LED工作电流要求达到I=1.25mA．已知电源电压UCC=5V，LED正向压降ULED=2V，忽略电子开关电压降落，限流电阻阻值为。
　　
　　LED电流通路：Ucc一2k4电阻→LED→单片机内MOS电子开关→CND。

　　
　　四、程序汇编及固化
　　
　　用伟福6000编辑器把程序汇编为机器码，然后用编程器或ISP功能把机器码程序固化到AT89C2051单片机内部的FLASH程序存储器中。初学者可以找人借用，也可请人固化程序。
　　
　　固化程序时可分两步，第一步先固化两条指令构成的程序，使左边4只LED常亮，右边4只LED常灭。第二步固化流水灯程序。
　　
　　①固定亮灭控制程序MOVPl，#OOO01111B：
　　
　　OOO01111B输出到Pl口，使霓虹灯左边4位亮，右边4位暗HERE:SJMPHERE；原地踏步，相当停止②简易流水霓虹灯控制程序MOVA，#OOO01111B；原始状态：使霓虹灯左边4位亮，右边4位暗START:MOVPl，A；输出，
　　
　　MOVR6b#100延时时间常数
　　
　　LOOP:MOVR7,#200；延时时间常数
　　
　　HERE:DJNZR7．HERE；R7减1，若结果非O则再次执行本指令，若是0则顺序执行下条指令
　　
　　DJNZR6，LOOP；R6减1，若结果非O则执行标号LOOP的指令，若是0则顺序执行下条指令
　　
　　RLA：亮暗逐位变化
　　
　　SJMPSTART；循环起来，产生霓虹灯效果
　　
　　③用户自编闪灯花样不同的程序Pl口某位输出O时，内部对地的电子开关接通，LED流过电流而发光，这叫做低电平驱动。低电平驱动方式应用很广泛。Pl口某位输出1时，内部对地的电子开关断开，LED无电流不亮。
　　
　　把使霓虹灯左边4位亮，右边4位暗的原始状态数据OOO01111B送到累加器A，目的是利用累加器A的循环移位功能实现亮灭转换，达到霓虹灯效果。
　　
　　累加器A循环移位指令RLA功能如下图所示，从最低位开始的7位依次向高位移动1位，原最高位数移到最低位。

　　执行本指令前，高4位亮，低4位灭。第1次执行本指令后，高3位亮，最低位亮，其余4位灭。第2次执行本指令后，高2位亮，低2位亮，其余4位灭。亮者好似高山流水，灭者犹如峡谷阴森。只要时间掌握恰当，就好像河水在波浪起伏中流动。
　　
　　延迟时间由两层循环实现。
　　
　　工作寄存器R7减l，若结果非0则转移指令DJNZ Rn，rel(n=0～7)是一个复合指令。执行它时先减l再判断结果是否为0。若非0则转移，若为0则顺序执行。
　　
　　事先往R7送200，那么HERE:
　　
　　DJNZ R7，HERE就会反复执行200次，总共消耗200个指令周期。
　　
　　该指令系双机器周期指令。晶振周期6MHz时机器周期2μs（微秒），指令周期4μs，200个指令周期即是800μs=0.8ms，外层R6循环100次，延迟时间粗略估计为100×0.8ms=80ms。实际DJNZ R6，LOOP等指令也要消耗时间，故延迟时间比80ms略大。
　　
　　五、实验演示
　　
　　实验时还需要一对双夹线，即两头带夹子的软线。电工电子技术用的小夹子俗称“鱼嘴夹”，可在电器店购到，也可直接购买双夹线。
　　
　　将一根明线插到单片机第10脚下方，作为电源负极输入；将另一根明线插到下横条，作为电源正极输入，用两个双夹线即能方便地把电源接到面包板上，使单片机工作。
　　
　　本设计属于低电平驱动，所以复位期间LED显示会全部熄灭。手压复位键时间不限，可以充分观察复位期间口线输出的高电平。