單片機技術課程設計兩位數(shù)碼管顯示設計報告

1、課 程 設 計 說 明 書課程名稱： 單片機技術 設計題目： 兩位數(shù)碼管顯示設計 院 系： 電子信息與電氣工程學院 學生姓名： x x 學 號： xxxxxxxxxxxx 專業(yè)班級： xxxxxxxxxxxxx 指導教師： x x x 2012年 5月 18 日課 程 設 計 任 務 書設計題目兩位數(shù)碼管顯示設計學生姓名鮑承毅所在院系電子信息與電氣工程學院專業(yè)、年級、班09電子信息工程1班設計要求：使用兩位數(shù)碼管顯示器，循環(huán)顯示兩位數(shù)00-99；要求具有電源開關和指示燈，有復位按鍵；數(shù)碼管動態(tài)顯示，即掃描方式，每一位每間隔一段時間掃描一次。字符的亮度及清晰度與每位點亮的停留時間和每位顯示的時間

2、內輪換導通次數(shù)有關。 學生應完成的工作：本課題是基于at89s52單片機的兩位數(shù)碼管顯示系統(tǒng)，應用匯編語言編寫兩位數(shù)碼管循環(huán)掃描動態(tài)顯示的專用程序，可以通過查閱手冊和文獻資料來選擇合適的元器件，設計合理的電路來實現(xiàn)符合要求的電路板事物。主要任務應包括：（1）原理圖的設計與仿真。（2）學會對不同方案進行比較分析，并通過整體優(yōu)點與缺點的比較，確定合理的方案。（3）硬件電路的焊接及調試。（4）用匯編語言進行軟件的編寫與調試。（5）撰寫課程設計報告。（6）該生在此次課程設計中主要任務是完善電路原理圖的設計和實物正常工作與軟件的調試與修改。參考文獻閱讀：1張毅剛.單片機原理及應用(第二版).北京：高等教

3、育出版社，2010.5 2童詩白.模擬電子技術基礎(第四版).北京：高等教育出版社，2006.53杜樹春.單片機c語言和匯編語言混合編程實例詳解.北京：北京航空航天大學出版社，2006.64林之琦.基于proteus的單片機可視化軟硬件仿真.北京:北京航空航天大學出版社,2006工作計劃：2012年5月 7 日 年5 月9 日：原理圖設計；2012年5月10日 年5月11日：程序的編寫；2012年5月14日 年5月16日：硬件電路的焊接與軟件的調試；2012年5月17日 年5月18日：撰寫實習報告。任務下達日期：2012 年5月 7 日 任務完成日期：2012 年5月 18 日指導教師（簽名）

4、： 學生（簽名）： 兩位數(shù)碼管顯示設計摘 要：該系統(tǒng)是基于at89s52單片機的兩位數(shù)碼管顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電源模塊，復位電路模塊，外部時鐘電路模塊、數(shù)碼管顯示模塊構成。通過at89s52進行控制，用匯編語言編寫了兩位數(shù)碼管循環(huán)掃描動態(tài)顯示的專用程序。數(shù)碼管通過共陽極的三極管進行驅動。電源通過橋堆2w10和7805將通過變壓的交流電壓變?yōu)?v的直流電源。復位用電容與按鍵的并聯(lián)來實現(xiàn)。時鐘用12m的晶振來控制。通過單片機的片選信號控制數(shù)碼管的燈管，使其依次點亮，由于人眼有視覺暫留的特性和數(shù)碼管的余輝效應，而掃描頻率足夠高，因此人眼是感覺不出數(shù)碼管的變化的關鍵詞：at89s52；動態(tài)掃描顯示；共

5、陽極數(shù)碼管 目錄1.設計背景11.1單片機發(fā)展前景11.2共陽極數(shù)碼管的顯示方法11.3共陽極數(shù)碼管的驅動設計12.設計方案12.1方案一：共陽極數(shù)碼管靜態(tài)顯示22.2方案二：共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示22.3數(shù)碼管靜態(tài)與動態(tài)顯示的優(yōu)缺點比較33方案實施33.1硬件電路的實施33.2電源電路設計43.3復位及震蕩電路53.4 數(shù)碼管顯示53.5單片機接口63.6軟件設計63.7實物制作94.結果與結論94.1結果94.2結論95.收獲與致謝106.參考文獻107.附件107.1元器件清單107.2硬件原理圖117.3實物圖111.設計背景1.1單片機發(fā)展前景目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很

6、難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。1.2共陽極數(shù)碼管的顯示方法led數(shù)碼管是單片機控制系統(tǒng)中最常見的顯示器件之一，一般用來顯示處理結果或輸入輸出信號的狀態(tài)。數(shù)碼管顯示是一個系統(tǒng)工程中必不可少的人機交互環(huán)節(jié)，因此關于數(shù)碼管的驅動也就

7、是系統(tǒng)工程中的一個重要的環(huán)節(jié)。數(shù)碼管的驅動分為動態(tài)驅動和靜態(tài)驅動兩種。所謂靜態(tài)驅動，就是指無論多少位led數(shù)碼管，同時處于顯示狀態(tài)。動態(tài)顯示驅動是指無論在任何時刻只有一個led數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)，及單片機采用“掃描”方式控制各個數(shù)碼管輪流顯示。1.3共陽極數(shù)碼管的驅動設計將數(shù)碼管每個led燈對應單片機的一個i/o口。通過單片機的p口來控制led燈的亮和滅。i/o口之間互相獨立，需要用i/o口直接控制led。動態(tài)顯示將數(shù)碼管的每個引腳一對一連接在一起接單片機的數(shù)據(jù)，而將各個數(shù)碼管的公共端單獨送至單片機的i/o口進行片選。此外，在此基礎上，用單片機與三極管來驅動數(shù)碼管，從而實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示。2

8、.設計方案2.1方案一：共陽極數(shù)碼管靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示就是每一個數(shù)碼管顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的i/o接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種辦法單片機中cpu的開銷小。能供給單獨鎖存的i/o接口電路很多，各數(shù)碼管的公共極固定接有效電平，各數(shù)碼管的字形控制端分別由各自的控制信號控制。led顯示亮度溫度，容易調節(jié)，編程容易，工作時占用cpu時間短。但若直接用單片機輸出各位數(shù)碼管的字形信號時，占用單片機的i/o口線較多。一般僅適用于顯示位數(shù)較少的應用場合。 圖21 數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路 2.2

9、方案二：共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示 此次設計，用到的就是動態(tài)顯示。其中p2.0和p2.1端口分別控制數(shù)碼管的個位和十位的供電，當相應的端口變成低電平時，驅動相應的三極管會導通，+5v通過驅動三極管給數(shù)碼管相應的位供電，這時只要p3口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示數(shù)字。數(shù)碼管動態(tài)顯示電路如圖22所示： 22 共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示電路2.3數(shù)碼管靜態(tài)與動態(tài)顯示的優(yōu)缺點比較靜態(tài)顯示方式簡單不容易出錯，如果電路設計合適，也能夠用較少的線完成多個數(shù)碼管的顯示。但與動態(tài)顯示相比，動態(tài)顯示電路連接更簡單，節(jié)省單片機i/o口，從而節(jié)省單片機的資源，如今已經有很多這樣成熟的基于動態(tài)掃描的芯片。而且采用動態(tài)顯示

10、方式極大的節(jié)省單片機的資源，特別是在單片機的i/o數(shù)量比較緊張的情況下，更能體現(xiàn)采用動態(tài)顯示的優(yōu)越性。在現(xiàn)在的多數(shù)電子系統(tǒng)中，在用到數(shù)碼管的場合下，多數(shù)采用動態(tài)掃描技術來顯示。因此此次設計我們也采用了動態(tài)顯示。3方案實施3.1硬件電路的實施1.硬件組成框圖如圖3-1： at89s52 單片機穩(wěn) 壓 電 路兩位數(shù)碼管動態(tài)顯示電路復 位 電 路時 鐘 電 路 圖31 硬件組成框圖該電路的工作原理：at89s52從穩(wěn)壓電路中獲得穩(wěn)定的+5v電壓，接到vcc端，提供穩(wěn)定的電壓；p2口通過電阻接到顯示電路的七段數(shù)碼管的a b c d e f g 端口上,數(shù)碼管的共陽極接到三極管的集電極上；p0.0、p0

11、.1口接三極管的基極作為位選； rst接復位電路，實現(xiàn)電路的復位；xtal1、xtal2接晶振電路；整個電路實現(xiàn)循環(huán)動態(tài)顯示數(shù)字0099.3.2電源電路設計當外接交流電源經過變壓通過橋堆2w10和 7805時，經c1、c2、c3、c4對電源進行濾波，實現(xiàn)交流電壓變?yōu)?v的直流電源，從而直接給單片機提供正常的工作電壓。電源電路如圖32所示：圖32 電源電路3.3復位及震蕩電路復位用電容與按鍵的并聯(lián)來實現(xiàn)，將它們并在一起，一端接高電平，另一端接地，從而實現(xiàn)高電平復位的功能。時鐘用12m的晶振來組成振蕩電路，來控制單片機對數(shù)碼管的動態(tài)掃描。復位及振蕩電路如圖33所示： 復位電路 震蕩電路圖33復位及

12、振蕩電路3.4 數(shù)碼管顯示圖3-5 數(shù)碼管顯示電路如圖3-5所示，兩位數(shù)碼管分別由兩個pnp型三極管驅動，三極管的基極通過限流電阻接在單片機p0.0、p0.1，其中p0.0控制數(shù)碼管的個位，p0.1控制數(shù)碼管的十位。數(shù)碼管各段除小數(shù)點段外其余七段（a-g）通過限流電阻接在單片機p2口（p2.0-p2.6），兩位數(shù)碼管顯示由單片機內部程序控制相應接口為低電平，從而實現(xiàn)從0099動態(tài)循環(huán)顯示。數(shù)碼管上引腳9空閑。其余7個引腳對應七段顯示數(shù)碼管的各段。當引腳相應低電位時有效，由程序查表即可顯示相應的數(shù)字。例如，當個位數(shù)碼管顯示5時，5在程序中查表對應的十六進制數(shù)為92h，對應二進制為10010010

13、b，其中p2.7、p2.4、p2.1為高電平，dp、e、b段熄滅，p2.6、p2.5、p2.3、p2.2、p2.0為低電平，g、f、d、c、a段點亮，則此時數(shù)碼管上顯示數(shù)字5。3.5單片機接口單片機采用p2口的i/o來控制數(shù)碼管的各個引腳。復位鍵接到引腳9上，數(shù)碼管的位選通過三極管和電阻分別與單片機的引腳1和39相連，晶振與單片機的引腳18和19連接，高電平與40引腳連接供電，20引腳直接接地。p1.0和p1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）；xtal1是振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2是振蕩器反

14、相放大器的輸出端。3.6軟件設計此程序采用匯編語言用十六進制算法編寫了兩位數(shù)碼管循環(huán)掃描動態(tài)顯示的專用程序。通過軟件的控制使兩位數(shù)碼管能從00計數(shù)到99，再回到00，依次進行循環(huán)。若在計數(shù)期間有復位高電平出現(xiàn)時，便重新從00開始計數(shù)。并有電源開關控制讓電路是否工作，且有指示燈只是電源是否正常。程序流程圖如3-4所示：圖3-4 程序流程圖程序如下：bits equ 20h;數(shù)碼管個位數(shù)存放內存位置ten equ 21h;數(shù)碼管十位數(shù)存放內存位置temp equ 22h;計數(shù)器值存放內存位置start: mov temp,#0;初始化寄存器，從0開始stlop: acall display;調用顯

15、示子程序 inc temp;計數(shù)器加1 mov a,temp; cjne a,#100,next;判斷計數(shù)器是否滿100 mov temp,#0;滿100清零從新開始next: ljmp stlop;不滿就循環(huán)執(zhí)行display: mov a,temp;將temp中的十六進制數(shù)轉換成十進制 mov b,#10; div ab mov ten,a;十位在a mov bits,b;個位在b mov dptr,#numtab;指定查表起始地址 mov r0,#4; dpl1: mov r1,#250; dplop: mov a,bits;取個位數(shù) movc a,a+dptr;查個位的7段數(shù)碼管 mo

16、v p2,a;送出個位的7段代碼 clr p0.0;開個位顯示 acall delay1ms;顯示162ms setb p0.0;關閉個位顯示 mov a,ten;取十位顯示 movc a,a+dptr;查十位數(shù)的7段代碼 mov p2,a;送出十位的7段代碼 clr p0.1;開十位顯示 acall delay1ms;顯示162ms setb p0.1;關閉十位顯示 djnz r1,dplop;執(zhí)行循環(huán)250次 djnz r0,dpl1;執(zhí)行循環(huán)250*4=1000次 retdelay1ms: mov r7,#80;延時162ms子程序（2+2*80=162ms,按照12mhz計算） djn

17、z r7,$; retnumtab:db: 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,099h,092h,082h,0f8h,080h,090h3.7實物制作由于沒有進行仿真，在實物的焊接這一環(huán)節(jié)我們小組耽誤了不少時間，對著原理圖一點點的焊接，焊完之后，發(fā)現(xiàn)排版很亂，而且不能正常工作，向老師請求幫助后，拿電路板重新進行焊接，這次我們提前進行了排版，效果好了很多，第二次焊接由于粗心大意，又焊錯了好幾個地方，好在無傷大雅，修改后，總算是能正常工作了。此次我們重點考慮了晶體和電容與單片機的位置關系。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，我們將晶體與電容盡可能的安裝得與單片機芯片近些。使元器

18、件的布局好看了不少。4.結果與結論4.1結果經過對不同方案的分析、比較、取舍，然后進行原理圖的設計，再經過電路板的焊接，軟件的調試等環(huán)節(jié)的操作，最終實現(xiàn)了讓數(shù)碼管在單片機的控制下循環(huán)顯示兩位數(shù)00-99。過程是艱辛的，中間失敗了好些次，經過數(shù)次的檢測，修改，見到數(shù)碼管正常工作時的喜悅之情是無以言表的。在正常的計數(shù)過程中，若按下復位鍵后，計數(shù)又重新從00開始。有時在剛接入電源時，數(shù)碼管顯示的不是00，這時需要按下復位鍵才能使其正常工作。最終現(xiàn)實的結果與預想的結果一致。4.2結論 此次課程設計，我們使用的是at89s52的單片機，它是一種低功耗，高性能的cmos8位微控制器，有40個引腳。通過單片機的不同i/o端口與外設連接，能夠控制外設的工作情況，從而實現(xiàn)不同的符合各種需求功能的電路板。而且led數(shù)碼管是單片機控制系統(tǒng)中最常見的顯示器件之一，一般用來顯示處理結果或輸入輸出信號的狀態(tài)。不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。單片機的引腳與數(shù)碼管引腳的連線是要一一對應的，不然，是達不到預期效果的。所以，在制作實物時，這一點是需要特別注意的。5.收獲與致謝這次兩位數(shù)碼管顯示設計的實習，加深了我對單片機的原理和工作過程的了解，以及系統(tǒng)地、全面地掌握單片機應用系統(tǒng)的基本設計方法、設計步驟和電路參數(shù)的計算方法。同時，這次實習增強了我的動手能力，也讓我對以前所學的知識進