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单片机课程设计

姓名：

陈素云

班级：

09电力方向2班

学号：

2

设计题目：

按键控制1位LED数码管显示0-9

设计要求：

通过单片的I/O口与LED数码管所构成的单片机系统的软件编程，使学生掌握简单的单片机系统的设计，同时初步学全用汇编语言和C语言两种方式编程的基本方法。

学生必须采用单片机AT89C51为LED显示屏的控制为核心，分别置“1”或“0”，让某些段的LED发光，其它的熄灭，然后达到显示不同的字符和图符号的目的.学生根据前期设计的步骤按照设计报告内容的具体要求，选择前期设计的一个典型题目，写出详尽的课程设计报告，重点内容包括方案论证、完整的电路图、软件系统流程图及开发程序、组装调试内容和总结等。

第1节引言………………………………………………………………………3

1.1LED数码显示器概述………………………………………………………3

1.2设计任务…………………………………………………………………5

1.3设计目的…………………………………………………………………6

第2节AT89C51单片机简介………………………………………………………6

2.1AT89C51单片机……………………………………………………………6

2.2单片机管脚图……………………………………………………………7

2.3管脚说明……………………………………………………………………7

2.4振荡器特性…………………………………………………………………9

第3节设计主程序与硬件电路设计……………………………………………9

3.1设计的主程序……………………………………………………………10

3.2系统程序所需硬件………………………………………………………10

3.2.1所需的硬件…………………………………………………………10

3.2.2所需硬件的结构图…………………………………………………11

3.3硬件电路总连接图………………………………………………………12

第4节程序运行过程…………………………………………………………12

4.1分析步骤………………………………………………………………12

4.2程序执行过程…………………………………………………………13

第5节程序运行结果……………………………………………………………13

总结

参考文献

第1节引言

还记得我们小时候玩的“火柴棒游戏”吗，几根火柴棒组合起来，能拼成各种各样的图形，LED数码管显示器实际上也是这么一个东西。

在单片机系统中，常常用LED数码数码管显示器来显示各种数字或符号。

LED数码显示器是单片机嵌入式系统中经常使用的显示器件。

一个“8”字型的显示模块用“a、b、c、d、e、f、g、h”8个发光二极管组合而成。

每个发光二极管称为一字段。

LED数码显示器有共阳极和共阴极两种结构形式。

由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。

1.1LED数码显示器概述

八段LED数码管显示器由8个发光二极管组成。

基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在数码管显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。

LED数码管显示器有两种不一样的形式：

一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED数码管显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED数码管显示器。

如下图所示。

`

共阴和共阳结构的LED数码管显示器各笔划段名和安排位置是相同的。

当二极管导通时，对应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。

8个笔划段hgfedcba对应于一个字节（8位）的D7D6D5D4D3D2D1D0,于是用8位二进制码就能表示欲显示字符的字形代码。

例如，对于共阴LED数码管显示器，当公共阴极接地（为零电平），而阳极hgfedcba各段为0111011时，数码管显示器显示"P"字符，即对于共阴极LED数码管显示器，“P”字符的字形码是73H。

如果是共阳LED数码管显示器，公共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为10001100（8CH）。

这里必须注意的是：

很多产品为方便接线，常不按规则的办法去对应字段与位的关系，这个时候字形码就必须根据接线来自行设计了，后面我们会给出一个例程。

在单片机应用系统中，数码管显示器显示常用两种办法：

静态显示和动态扫描显示。

所谓静态显示，就是每一个数码管显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。

这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种办法单片机中CPU的开销小。

能供给单独锁存的I/O接口电路很多。

1.2设计任务

按键控制1位LED数码管显示0-9，首先在实验室将程序编写完整并使用tkstudyice检查是否有错误。

观察有无错误果，若无错误，就会生成hex文件,最后利用protel99se画好原理图，则将正确编译过的hex文件通过编程器写入mcu片内。

进行全速运行，看能否实现任务要求。

1.3设计目的

通过一个微机应用系统的设计与调试过程，运用《单片机原理及应用》课程所学的知识，在设计中加以实践，达到理解、巩固和发展所学内容的目标。

通过系统构造、流程设计、编程与调试的过程，掌握分析与解决实际问题的方法与手段，提高系统设计、程序编码与调试方面的实际动手能力，让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。

第2节AT89C51单片机简介

2.1AT89C51单片机

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

一个单片机芯片的基本组成如下：

中央处理器CPU：

它是单片机的核心，用于产生各种控制信号，完成对数据的算术逻辑运算和传送。

内部数据存储器RAM：

用来存放可以读/写的数据。

内部程序存储器ROM：

用来存放程序指令或某些常数表格。

4个8位的并行I/O接口P0、P1、P2和P3，每个口都可以用作输入或者输出。

3个定时/计数器，用来作外部事件计数器，也可以定时。

内部中断系统：

具有5个中断源、2个优先级的嵌套中断结构，可实现二级中断服务程序嵌套。

每一个中断源都可以用软件程序规定为高优先级中断或低优先级中断。

一个串行接口电路：

可用于异步接收发送器。

内部时钟电路：

震荡频率可以高达40MHz，但晶体和微调电容需要外接。

2.2AT89C51单片机管脚图

　图2.１AT89C51单片机管脚图

2.3管脚说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

P3口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

2.4振荡器特性

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

第3节设计主程序与硬件电路设计

3.1设计的主程序

程序如下：

org0000h

sjmpmain

org000bh

sjmpt0_isr

org0030h

main:

jbp3.0,$

acalldelay30ms

jnbp3.0,$

loop:

clra

movdptr,#table

movca,@a+dptr

movp0,a

movtmod,#01h

movth0,#0d8h

movtl0,#0efh

setbet0

setbea

setbtr0

pd:

jbp3.1,fz

acalldelay30ms

jnbp3.1,$

stop:

sjmpmain

fz:

cjner0,#100,$

incdptr

clra

movca,@a+dptr

cjnea,#00h,aaa

movdptr,#table;如果花样数据完应重新循环

clra

movca,@a+dptr

aaa:

movp0,a

movr0,#00h

sjmppd

delay30ms:

movr6,#150

bbb:

movr7,#100

djnzr7,$

djnzr6,bbb

ret

t0_isr:

clrtr0

movth0,#0d8h

movtl0,#0efh

incr0

setbtr0

reti

table:

db3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00h

end

3.2系统程序所需硬件

3.2.1所需的硬件

本系统采用单片机为LED显示屏的控制核心，其主要是用AT89C51的一个I/O口控制共阴极数码管的8个段位，分别置“1”或“0”，让某些段的LED发光，其它的熄灭，就可以显示不同的字符和图符号

除了AT89C51,本程序还需要用到7SEG-COM-CAT-BLUE,BUTTON,CAP,CRYSTAL,LED-YELLOW,RES，RESPACK-7,RESPACK-8等。

如下图所示。

3.2.2所需硬件的结构图

3.3硬件电路总连接图

第4节程序运行过程

4.1分析步骤

步骤分三个阶段进行：

第一阶段：

主要了解Proteus软件的入门及与Keil软件的联合调试，并亲自操作，加深直观印象。

第二阶段：

了解设计的基本要求，结合所学理论内容并利用Proteus软件画原理图、独立编程序调试、利用周立功实验箱或Proteus软件演示结果。

第三阶段：

单片机课程设计报告的撰写

4.2程序执行过程

 一）系统功能要求

1.单片机AT89C51读入4位开关的输入状态（0~F），并将其输出到数码管显示。

2.用PROTEUS设计、仿真基于AT89C51单片机的开关控制LED数码管实验。

3.掌握I/O的控制方法。

二）系统硬件电路设计

1、从PROTEUS库中选取元器

1）AT89C51.BUS：

总线式的单片机

2）RES、RX8：

电阻、8排阻。

3）7SEG-COM-AN-GRN：

带公共端的共阳七段绿色数码管，其引脚布局及测试如图1-1所示。

当d,e,f脚电平为高时，这三段不亮：

a,b,c,g脚电平为低时，  这四段亮。

4）CAPCAP-ELEC：

电容、电解电容

5）CRYSTAL:

晶振

 6）SW-SPST：

带锁存的单刀单掷开关如图1-1所示。

开关的合或断可单击向下或向上的指示箭头实现。

2、放置元器件、放置电源和地、连线、元器件属性设置、电气监测在对象选择器中单击选中AT89C51（蓝色光条表示目前选取的元器件），在编辑区中合适的位置单击，器件AT89C51就会放到编辑区中。

依次把各元器件放入编辑区中适当位置。

  若需要改变元器件的放置位置，转90。

，对元器件右击选中后再单击按钮或；若要镜像，先右击选中元器件再单击按钮或；若是多个元器件一起转向，先右键拖出方框选中它们，再单击相应的块操作按钮。

原理图中的元件RN1、RN2是8排电阻的排阻。

其中RN1、RN2的电阻的阻值分别设置为200Ώ、20Ώ，其属性如图1-2所示。

三系统程序设计 生成目标代码文件

1）流程图

2）源代码

3）源代码汇编

四调试分析系统仿真试验

第5节程序运行结果

电路图如下:

总结

实现了能根据实际需要的本系统是以单片机AT89C51芯片为核心部件,实现了能通过AT89C51芯片控制节日彩灯实现一些基本的功能。

刚开始时，自己通过各种途径，尽可能多的了解有关于彩灯灯这方面的知识，为后面的设计打下基础，后面的进展也很顺利，不过在仿真阶段，由于硬件电路设计的粗心，给自己带来了不小的麻烦，不过问题最终还是得到了解决。

通过这次课程设计,使我得到了一次用所学知识来实际解决问题的锻炼，也让自己感觉到大学所学的知识有一部分是很有实用价值的，同时我对单片机的基本知识以及常用的汇编设计程序得到了进一步的巩固。

在些次课程设计中，非常感谢谢老师的精心指导，由于他的悉心指导和关心，一直激励着我去努力做好本次课程设计，谢老师精湛的专业知识、耐心的工作态度和真诚的待人风格给我留下了非常深刻的印象，对我以后的工作和生活将产生很大的影响。

通过些次课程设计，我们获得了丰富的理论知识，极大的提高了实践能力，这将对我今后进一步学习计算机方面的知识有极大的帮助。

在此，真挚的向我的导师说声谢谢。

同时，我也在感谢跟我一起完成此次课程设计的同学，我们相互帮助，相互鼓劢，一起并肩作战。

他们在我的设计遇到困难的时候，在精神上和行动上都给予我很大的支持，鼓励我不要泄气，说服我勇敢的面对困难，帮助我解决了很多问题，让我的课程设计能够顺利完成。

参考文献

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[4]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京航天航空大学出版，1991.

[5]王福瑞.单片机测控系统设计大全.北京航天航空大学出版社，1999.

[6]唐光荣,李究龄,邓丽曼.微型计算机应用技术（上）——数据采集与控制技术.清华大学出版社，2000.

[7]范寿康,王宁.单片微型计算机的应用开发技术.人民邮电出版社，1993.

[8]郭家虎.196单片机在同步机励磁装置中的应用:

[硕士论文].淮南工业学院，2001，5.

[9]王晓初,何捷.单片机控制，1998,

（2）.

[10]孙建辉，薛安克.机电工程，1998,

（1）.

[11]杨建宁.单片机与数字电路，1997,24（6）.

[12]白霄丽，孟祥霓，张锋.单片机数字电压设计.济南大学学报，1999

[13]王富东，数字电路设计.苏州丝绸工业学院学报.1998，18（5）：

p82～85.

[14]陈宝江,翟湧,张幽彤,杜庆柏.MCS单片机应用系统实用指南.机械工业出版社，1997.