數(shù)碼管顯示撥碼開關(guān)編碼報(bào)告

1、編號(hào)： 單片機(jī)控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)說明書題 目： 數(shù)碼管顯示撥碼開關(guān)編碼 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械制造工程 學(xué)生姓名：盧仙嬌、苗玉龍、石善輝 學(xué) 號(hào)： 0901120703、0901120707、 0901120711 指導(dǎo)教師： 范勇 2012年 1月13日 數(shù)碼管顯示撥碼開關(guān)編嗎設(shè)計(jì)報(bào)告目錄1、 設(shè)計(jì)題目 2二、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 2三、設(shè)計(jì)目的意義 23.1設(shè)計(jì)目的 23.2設(shè)計(jì)意義 2四、系統(tǒng)硬件電路圖 34.1 Proteus軟件簡(jiǎn)介以及仿真電路圖 34.2 Protel99SE簡(jiǎn)介以及所繪圖形 4五、程序流程圖與源程序 85.1主程序流程圖 95.2子程序流程圖 95.3源程

2、序 10六、系統(tǒng)功能分析與說明 116.1 8051單片機(jī)介紹 11 6.2單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 18七、設(shè)計(jì)體會(huì) 19八、參考文獻(xiàn) 20一、設(shè)計(jì)題目數(shù)碼管顯示撥碼開關(guān)編碼二、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求用8051單片機(jī)控制系統(tǒng)顯示撥碼開關(guān)所設(shè)置的編碼000255。三、設(shè)計(jì)目的意義3.1 設(shè)計(jì)目的1、了解單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)LED動(dòng)態(tài)顯示的原理及方法；2、詳細(xì)了解8051芯片的性能及編程方法；3、了解單片機(jī)系統(tǒng)基本原理，了解單片機(jī)控制原理；4、掌握AT89C51輸入/輸出接口電路設(shè)計(jì)方法；5、掌握AT89C51程序控制方法；6、掌握單片機(jī)匯編編程技術(shù)中的設(shè)計(jì)和分析方法；7、掌握使用PROTEUS軟件進(jìn)行仿真的方法

3、。8、學(xué)會(huì)使用并熟練掌握電路繪制軟件Protel99SE；9、掌握電路圖繪制及PCB圖布線技巧。 3.2 設(shè)計(jì)意義1、在系統(tǒng)掌握單片機(jī)相應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，熟悉單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟。2、完成所需單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)繪制的基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)的電路圖設(shè)計(jì)。3、完成系統(tǒng)所需的硬件設(shè)計(jì)制作，在提高實(shí)際動(dòng)手能力的基礎(chǔ)上進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)。4、進(jìn)行題目要求功能基礎(chǔ)上的軟件程序編程，會(huì)用相應(yīng)軟件進(jìn)行程序調(diào)試和測(cè)試工作。5、用AT89C51設(shè)計(jì)出題目所要求的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)循環(huán)顯示，并針對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)過程中軟、硬件設(shè)計(jì)方面出現(xiàn)的問題提出相應(yīng)解決辦法。6、通過單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫

4、通，鍛煉獨(dú)立設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的能力；領(lǐng)會(huì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件調(diào)試方法和系統(tǒng)的研制開發(fā)過程，為進(jìn)一步的科研實(shí)踐活動(dòng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。四、系統(tǒng)硬件電路圖4.1 Proteus軟件簡(jiǎn)介以及仿真電路圖Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具

5、(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： （1）原理布圖 （2）PCB自動(dòng)或

6、人工布線 （3）SPICE電路仿真 革命性的特點(diǎn)： （1）互動(dòng)的電路仿真 用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 （2）仿真處理器及其外圍電路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 圖4-1所示為使用proteus軟件建立的模型，經(jīng)仿真，程序?qū)崿F(xiàn)了預(yù)定功能。圖4-1 使用proteus建立的仿真模型4.2 Protel99SE簡(jiǎn)介

7、以及所繪圖形Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT/XP操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層。   Protel99SE的系統(tǒng)組成   按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel99se主要包含以下兩大部分和6個(gè)功能模塊。   1、電路工程設(shè)計(jì)部分   （1） 電路原理設(shè)計(jì)部分（Adv

8、anced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖編輯器（簡(jiǎn)稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡(jiǎn)稱Schlib編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報(bào)表。   （2）印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡(jiǎn)稱PCB編輯器）、零件封裝編輯器（簡(jiǎn)稱PCBLib編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。   （3）自動(dòng)布線系統(tǒng)

9、（Advanced Route 99）：本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（Shape-based）的無柵格自動(dòng)布線器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線，以實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。   2、電路仿真與PLD部分   （1）電路模擬仿真系統(tǒng)（Advanced SIM 99）：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù)字/模擬信號(hào)仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以便對(duì)電路原理圖進(jìn)行信號(hào)模擬仿真，從而驗(yàn)證其正確性和可行性。   （2）可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced PLD 99）：可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含一個(gè)有語法功能的文本編輯器和一個(gè)波形編輯器（Waveform

10、）。本系統(tǒng)的主要功能是；對(duì)邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號(hào)的波形。利用PLD系統(tǒng)可以最大限度的精簡(jiǎn)邏輯部件，使數(shù)字電路設(shè)計(jì)達(dá)到最簡(jiǎn)化。   （3）高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng)（Advanced Integrity 99）：信號(hào)完整性分析系統(tǒng)提供了一個(gè)精確的信號(hào)完整性模擬器，可用來分析PCB設(shè)計(jì)、檢查電路設(shè)計(jì)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)超調(diào)量、阻抗和信號(hào)諧波要求等。 Protel99SE的功能特性：    （1）開放式集成化的設(shè)計(jì)管理體系    （2）超強(qiáng)功能的、修改與編輯功能    （3）強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能鑒于Protel99SE有如此

11、強(qiáng)大功能，因此在本最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用Protel99SE制圖，所制電路原理圖和PCB圖如下所示。圖4-2 電路原理圖圖4-3 單片機(jī)Protel圖圖4-4 晶振電路圖4-5 復(fù)位電路 圖4-6 PCB電路圖五、程序流程圖及源程序 開始初始化定時(shí)器0中斷設(shè)定裝入初值外中斷0設(shè)定開中斷結(jié)束等待中斷5.1 主程序流程圖圖5-1 主程序流程圖YN指向第一個(gè)字形0返回每個(gè)字形顯示R1×R2次？10個(gè)字形顯示完？送行到P1口送完8行8列？指向下行下列送列到P2口定時(shí)器中斷0裝入初值NNYY5.2 子程序流程圖圖5-2 定時(shí)器0中斷流程圖外部中斷0返回R2=R2+15.3 源程序#include

12、<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code duanma=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/ 共陰極數(shù)碼管顯示0 1 2 3 4 5 6 7 8 9void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);/延時(shí)函數(shù)/主函數(shù)void main() uint mun, ge, shi, bai;P0 = 0x00;P2 = 0xff;while(

13、1)mun = P1;ge = mun%10; /個(gè)位賦值shi = (mun%100)/10; /十位賦值bai = mun/100; /百位賦值P2 = 0xbf; /開始掃描P0 = duanmage;delay(1);P2 = 0xdf;P0 = duanmashi;delay(1);P2 = 0xef;P0 = duanmabai;delay(1);六、系統(tǒng)說明與設(shè)計(jì)分析6.1 8051單片機(jī)介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMO

14、S8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。圖6-1 AT89C51封裝圖 1、主要特性：·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-2

15、4Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路其包含中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行I/O接口（P1、P2、P3、P0共4個(gè)8位口）、一個(gè)雙工串行接口和5個(gè)中斷源等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三大總線等結(jié)構(gòu)組成。下圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖6-2 MCS51結(jié)構(gòu)框圖MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051

16、及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：圖6-3 AT89C51引腳圖P0口：圖6-4 P0口位結(jié)構(gòu)原理圖P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口： 圖6-5 P1口位結(jié)構(gòu)原

17、理圖P1口是一個(gè)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口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：圖6-6 P2口位結(jié)構(gòu)原理圖P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，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(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八

18、位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：圖6-7 P3口位結(jié)構(gòu)原理圖P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：表6-1 P3口特殊功能表P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持

19、RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每

20、個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2、振蕩器特性： XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用

21、外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3、芯片擦除： 整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其

22、他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 4、編程與校驗(yàn)圖6-8 89C51的閃速存儲(chǔ)器編程和校驗(yàn)6.2 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟1、理解設(shè)計(jì)任務(wù)要求（通過閱讀有關(guān)資料及調(diào)查研究）；2、對(duì)總體方案進(jìn)行分析、論證，驗(yàn)證其可行性；3、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì),使用Protel軟件制作硬件電路圖。根據(jù)PCB圖制作系統(tǒng)硬件電路板并焊上相關(guān)元件，檢測(cè)線路是否導(dǎo)通；4、系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)：1)以功能明確、相互界面能清晰分割的軟件程序?yàn)榛A(chǔ)，確定主程序流程框圖；2)以主程序流程框圖為基礎(chǔ)，確定各模塊程序算法及實(shí)現(xiàn)的功能，進(jìn)一步確定各模塊程序流程框圖；3)根據(jù)軟件流程框圖，用匯編語言或C語言編寫主程序和延時(shí)子程序；4)系統(tǒng)軟

23、件仿真、硬件制作、硬件的調(diào)試；5)編寫課程設(shè)計(jì)說明書，答辯驗(yàn)收。 七、設(shè)計(jì)體會(huì)通過完成這次單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)，不僅使我加深了對(duì)單片機(jī)的理論認(rèn)識(shí)，還提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐能力，此外，還鍛煉了自學(xué)能力以及培養(yǎng)了合作意識(shí)。1、理論方面。我認(rèn)真閱讀了一些單片機(jī)方面的資料，包括書籍和網(wǎng)上下載的資料，彌補(bǔ)了之前對(duì)單片機(jī)認(rèn)識(shí)的不足，重新認(rèn)識(shí)了單片機(jī)。本科階段參加過單片機(jī)方面的課程，那時(shí)雖然也努力學(xué)習(xí)，初步對(duì)單片機(jī)有了一定的認(rèn)識(shí)，但是這次是針對(duì)具體任務(wù)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和練習(xí)，從而對(duì)單片機(jī)的原理獲得了更深的認(rèn)識(shí)。2、實(shí)踐方面。這次單片機(jī)系統(tǒng)的制作從仿真開始。先是使用Proteus仿真軟件建立了仿真模型，之后用Keil軟件編寫匯編程序，隨后進(jìn)行在仿真模型中仿真，最初幾次仿真都不成功，經(jīng)歷幾次失敗后，我找到原因，最后仿真成功，這些失敗教訓(xùn)積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。接下來是使用Protel99se畫電路原理圖以及PCB圖。這兩樣之前沒有獨(dú)立畫過，這次完全要靠自己，經(jīng)過請(qǐng)教以及自己的摸索，成功畫出兩樣圖形，不過，由于經(jīng)驗(yàn)不足，某些地方欠妥。最后階段是制作PCB實(shí)物、焊接以及調(diào)試。之前制作PCB不