單片機(jī)課程設(shè)計--動態(tài)數(shù)碼顯示技術(shù)

1、<p>　　微機(jī)原理課程設(shè)計說明書</p><p>　　動態(tài)數(shù)碼顯示技術(shù) </p><p>　　院（系） 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 機(jī)械電子工程 </p><p>　　班 級 10機(jī)電工程班 </p><p>　　2012

2、 年 12 月 21 日</p><p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p>　　設(shè)計題目： 動態(tài)數(shù)碼顯示技術(shù) </p><p><b>　　應(yīng)完成的項目：</b></p><p>　?。?/p>

3、1）應(yīng)用Proteus的ISIS模塊，選擇元器件畫出電路圖； </p><p>　?。?）應(yīng)用Keil軟件，編寫相應(yīng)的程序調(diào)試成功，并生成相應(yīng)的hex文件； </p>

4、<p>　　（3）將形成的*.hex文件加載到電路的單片機(jī)屬性里，啟動仿真運行功能觀察仿真結(jié)果； </p><p>　　（4）啟動ARES，實現(xiàn)電路板的制作，并生成制板文件*.LYT ，預(yù)覽三維效果圖。

5、 </p><p><b>　　參考資料以及說明：</b></p><p>　?。?）主編：姚超友 光電一體化強(qiáng)化訓(xùn)練實訓(xùn)教材--單片機(jī)篇 花都 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械實驗中心出版 2012年9月

6、 </p><p>　?。?）主編：張齊 朱寧西 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)--基于C51的Proteus仿真（第2版）北京 電子工業(yè)出版社 2009年1月 </p><p>　?。?）郭天祥編著 新概念51單片機(jī)—入門、提高

7、、開發(fā) 擴(kuò)展全攻略 北京電子工業(yè)出版社 2010年10月 </p><p>　?。?）李全利 仲偉峰 編著 單片機(jī)原理及應(yīng)用 北京 清華大學(xué)出版社 2006年1月 &

8、lt;/p><p>　　本設(shè)計任務(wù)書于2012 年 12 月 10 日發(fā)出，應(yīng)于2012 年 12 月21 日前完成，然后進(jìn)行答辯。</p><p>　　指導(dǎo)教師 王建春 簽發(fā) 2012 年 12 月 10 日</p><p><b>　　課程設(shè)計評語：</b></p><p><b>　　課程設(shè)計總評成績

9、：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師簽字：</b></p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　

10、　第一章 概述2</b></p><p>　　第二章 電路設(shè)計3</p><p>　　2.1總體方案設(shè)計3</p><p><b>　　2.2基本原理3</b></p><p>　　2.3硬件電路設(shè)計3</p><p>　　2.4電路原理圖3</p><

11、p>　　第三章軟件程序及調(diào)試結(jié)果7</p><p>　　第四章 聯(lián)合仿真8</p><p>　　第五章 電路板制作9</p><p>　　第六章 設(shè)計總結(jié)10</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　附件112</b>&

12、lt;/p><p><b>　　附件213</b></p><p><b>　　附件314</b></p><p><b>　　附件415</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　單片機(jī)是一種集成

13、電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機(jī)。</p><p>　　在信

14、息時代的今天，單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，其涉及各個行業(yè)，也滲透到人們的日常生活當(dāng)中。為了讓人們很直觀地了解相關(guān)設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)，很多時候需要將當(dāng)前的時間、溫度、工作程序等狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示出來。這就涉及到了數(shù)碼管的動態(tài)顯示技術(shù)。</p><p>　　而在實際應(yīng)用中，單片機(jī)的數(shù)碼管顯示一般都用動態(tài)顯示方式。正確、高效地應(yīng)用數(shù)碼管動態(tài)顯示技術(shù)是這類設(shè)計成功與否的關(guān)鍵之一。</p><p>&

15、lt;b>　　關(guān)鍵詞：</b></p><p>　　信息時代；單片機(jī)；數(shù)碼管；動態(tài)顯示.</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　1.所謂動態(tài)顯示掃描技術(shù)就是指：多位數(shù)碼管采用“并聯(lián)”動態(tài)接口，通過對各數(shù)碼管輪流循環(huán)點亮，實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示。</p><p>　　2.這次設(shè)計是采用動

16、態(tài)掃描的方法顯示五位字符串“12345”和“HELLO”。</p><p>　　3.AT89C51單片機(jī)引腳說明：</p><p><b>　　VCC:供電電壓。</b></p><p><b>　　GND:接地</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8

17、TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉

18、為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收</p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，

19、P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　4.AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微機(jī)處理器，俗稱單片機(jī)。它可以提供一下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/

20、O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式可以保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。</p><p><b>　　電路設(shè)計 </b

21、></p><p><b>　　2.1總體方案設(shè)計</b></p><p>　　針對本課程設(shè)計任務(wù)，進(jìn)行分析得到：多位數(shù)碼管采用“并聯(lián)”動態(tài)接口，通過對各數(shù)碼管輪流循環(huán)點亮，實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示。</p><p>　　圖2.1 動態(tài)數(shù)碼顯示技術(shù)總體設(shè)計框圖</p><p><b>　　2.2基本原理</

22、b></p><p>　　動態(tài)顯示方式是將所有的數(shù)碼管的8段按照同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路。位選通由其各自獨立的I/O線控制，顯示數(shù)碼同時傳到每個數(shù)碼管，但每個瞬時由每個位選通信號選通一個數(shù)碼管。由于每個的顯示時間較短，只能根據(jù)人的視覺停留效應(yīng)觀察。</p><p><b>　　2.3硬件電路設(shè)計</b></p>

23、<p>　　1）把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0/AD0－P0.7/AD7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的a－h(huán)端口上. </p><p>　　2）把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0/A8－P2.7/A15用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1－S8端口上； </p><p>　　3)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中

24、的P1.7端口用導(dǎo)線連接到“獨立式鍵盤”區(qū)域中的SP1端口上；</p><p><b>　　2.4電路原理圖</b></p><p>　　根據(jù)其基本原理，選取合適的元器件，繪制的電路原理圖如下：兩個共陰極數(shù)碼管的引腳abcdefg dp兩兩相連，因為這樣才能同時顯示五個字形，這樣做相當(dāng)于把兩個數(shù)碼管合二為一。左1234位和右1234位有P2口控制，P1.7按鈕必須有串

25、聯(lián)在回路中，這樣就可以給單片機(jī)一個電信號，當(dāng)按鈕按下，給個高電平，當(dāng)按鈕不按下，給個低電平。</p><p>　　圖2.4 電路原理圖</p><p>　　再花這圖時必須得選中數(shù)碼管類型，如果選的的共陽數(shù)碼管，是不會顯示字形的，同時P0口必須有上拉電阻。</p><p>　　2.5單片機(jī)AT89C51的最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)AT

26、89C51最小系統(tǒng)至少有晶振電路，復(fù)位電路等組成：</p><p>　　圖2.5AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　該上電復(fù)位電路由電容C1和電阻R2組成，它利用電容充電來實現(xiàn)復(fù)位。在電源接通瞬間，RST引腳上的電位是高電平（VCC），電源接通后對電容進(jìn)行快速充電，隨著充電的進(jìn)行，RST引腳上的電位也會逐漸下降為低電平。只要保證RST引腳上高電平出現(xiàn)的時間大于兩個機(jī)器周

27、期，便可以實現(xiàn)正常復(fù)位。</p><p>　　該晶振電路由晶振X1、電容C2和C3組成，在單片機(jī)XTAL1和XTAL2引腳上跨接上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片內(nèi)的電路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，他的晶振頻率為12Hz.</p><p>　　2.6 4位一體數(shù)碼管</p><p>　　由于要顯示五個數(shù)，可以通過如圖2.6的設(shè)計可以實現(xiàn)兩個數(shù)碼管相連，其中P0.

28、0到P0.7要上拉電阻，因為P0這時用做通用I/O，故用8個相同的電阻一千歐連起來：</p><p>　　圖2.6 兩個數(shù)碼管并聯(lián)電路</p><p>　　當(dāng)然也可以用排阻代替，排阻的功能是驅(qū)動電流，增加電流。</p><p>　　第三章軟件程序及調(diào)試結(jié)果</p><p>　　3.1根據(jù)程序圖寫出程序（見附件1）,首先判斷按鈕P1.7是否按下

29、,在分別顯示不同的字形,其中P0口是控制數(shù)碼管顯示字形的輸入口,tablel是查HELLO的表,table2是查12345的表.P2口是位控制口。</p><p>　　3.2編寫完程序后，編譯沒有錯誤和警告后，進(jìn)行對參數(shù)的設(shè)計，打開“Target Options”,然后點擊Device，選擇AT89C51，點擊Target，修改晶振為12，點擊Output，在“Create HEX File”前面打勾，完成修改后

30、再編譯一次，然后打開“Start/Stop Debug Session”進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如下圖：</p><p><b>　　第四章 聯(lián)合仿真</b></p><p>　　打開Proteus的ISIS電路原理圖，使用軟件Keil編寫程序并生成*.hex文件后，雙擊AT89C51單片機(jī)，把生成的*.hex加到載電路的單片機(jī)屬性里，然后點擊左下角的開始按鍵進(jìn)行仿真，仿真

31、后得到附件2的圖，其中左圖是沒有按下按鈕的，右圖有按按鈕。</p><p><b>　　電路板制作</b></p><p>　　5.1、PCB板制作</p><p>　　在Proteus的ISIS電路原理圖的模塊下，打開ARES，發(fā)現(xiàn)按鍵沒有封裝，然后自己畫按鍵的封裝，放置焊盤和圖形框體，如圖5.1所示，畫完封裝后需要創(chuàng)建封裝，打開“庫--創(chuàng)建

32、封裝”，完成后還需要編譯到庫，打開“庫--編譯到庫”，完成后在ISIS原理圖中添加封裝；</p><p>　　所有的封裝完成后，重新在ISIS中導(dǎo)出ARES，把所有封裝拉出來，進(jìn)行手動適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；完成后再畫外邊框，選擇“Board Edge”線型；</p><p>　　完成后進(jìn)行手動布線，點擊“自動布線”按鍵，PCB板的制作就完成了。</p><p><b&g

33、t;　　見圖于附件3。</b></p><p>　　圖5.1 按鍵封裝圖</p><p><b>　　5.2、3D效果圖</b></p><p>　　PCB板完成后，然后點擊“輸出--3D預(yù)覽”，完成3D效果圖。</p><p><b>　　見圖于附件4</b></p>&

34、lt;p><b>　　設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計我的收獲：將理論教學(xué)與實踐相結(jié)合，使我對于單片機(jī)的實際應(yīng)用有了較深刻的認(rèn)識；同時對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的各種方法有所了解。通過分工合作，培養(yǎng)我跟隊友之間的合作精神，在這過程中我熟悉電子系統(tǒng)設(shè)計的全過程，提高學(xué)我對設(shè)計課題的分析能力、編程能力及解決實際問題的綜合能力。通過實踐，增強(qiáng)了下階段的學(xué)習(xí)信心，為畢業(yè)設(shè)計奠定了基

35、礎(chǔ)。我負(fù)責(zé)的是電路圖繪制部分，雖然一開始什么都還不是很懂，通過一兩天的自學(xué)Proteus軟件，我掌握了繪制的方法，最后通過自己的努力把電路圖給畫出來了。在此過程當(dāng)中，我也遇到了很多問題，比如在找元器件時，不懂元器件的英文單詞，找不到，最后經(jīng)過查找單詞把它給找到，還有，有些元器件沒有封裝，我就想我如果做不出來，后面的同學(xué)也不好做，然后我又去了解怎么給沒有封裝的元器件添加封裝，最后通過上網(wǎng)查閱資料和同學(xué)的討論幫助完成繪制。課程設(shè)計工程中，思

36、路很重要，在設(shè)計前要有明確的設(shè)計思路，同時要有耐心，不能操之過急，要有持之以恒的態(tài)度。也不能因為受到一點挫折或做不出來就放棄。本次課程設(shè)計我學(xué)到了很多新知識，同時也加深了對中級工訓(xùn)練單片機(jī)的了解。為了查找相關(guān)的技術(shù)資料，我每天上網(wǎng)，</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我懂得了在以后的生活學(xué)習(xí)中都要腳踏實地，一步一個腳印，不能輕易放棄。我們課程上的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要培養(yǎng)自己的自學(xué)能力和查找資料的能力，最后，

37、我希望要是能夠做個實物出來就更好了。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　（1）主編：姚超友 光電一體化強(qiáng)化訓(xùn)練實訓(xùn)教材--單片機(jī)篇 花都 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械實驗中心出版 2012 </p>

38、;<p>　?。?）主編：張齊 朱寧西 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)--基于C51的Proteus仿真（第2版）北京 電子工業(yè)出版社 2009月 </p><p>　?。?）郭天祥編著 新概念51單片機(jī)—入門、提高、開發(fā) 擴(kuò)展全攻略 北京 電子工業(yè)出版社 2010

39、 </p><p>　?。?）李全利 仲偉峰 編著 單片機(jī)原理及應(yīng)用 北京 清華大學(xué)出版社 2006年</p><p>　　（5）譚浩強(qiáng) C程序設(shè)計 北京 清華大學(xué)出版社 1991年</p><p>　?。?）何立民 單片機(jī)高級教程 北京 航空航天大學(xué)出版社

40、 2000</p><p>　　（7）李朝青 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 北京 航空航天大學(xué)出版社 1999</p><p>　?。?）張毅剛 新編MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)設(shè)計大學(xué)出版社 2003</p><p>　?。?）求是科技 8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計 北京 人民郵電出版社 2006</p><p>　?。?0）

41、求實科技 單片機(jī)典型模型設(shè)計實例導(dǎo)航 北京 人民郵電出版社 2004</p><p><b>　　附件1 </b></p><p><b>　　C語言程序：</b></p><p>　　#include <AT89X51.H> </p><p>　　unsigned char code

42、table1[]={0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d}; </p><p>　　unsigned char code table2[]={0x76,0x79,0x38,0x38,0x3f}; </p><p>　　unsigned char i; </p><p>　　unsigned char a,b; /* char

43、為1個字節(jié)儲存空間*/</p><p>　　unsigned char temp; </p><p>　　void main(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　while(1) </b></p><p><b>　　

44、{ </b></p><p>　　temp=0xfe; </p><p>　　for(i=0;i<5;i++) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(P1_7==0) </p><p><b>

45、;　　{ </b></p><p>　　P0=table1[i]; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=table2[

46、i]; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　P2=temp; </b></p><p>　　a=temp<<(1); </p><p>　　b=temp>>(7);

47、 </p><p>　　temp=a|b; </p><p>　　for(a=4;a>0;a--)</p><p>　　for(b=248;b>0;b--){} </p><p><b>　　P2=0xff;</b></p><p><b>　　

48、} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　附件2 </b></p><p>　　Protues仿真圖</p><p><b>　　附件3 </b