IO口并行口直接驱动LED显示在数码管上循环显示09数字时间间隔为1秒剖析.docx

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IO口并行口直接驱动LED显示在数码管上循环显示09数字时间间隔为1秒剖析

单片机原理及应用技术课程设计任务书

一、设计目的

1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2.掌握汇编语言程序设计方法。

3.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

二、课程设计题目：

I/O口并行口直接驱动LED显示

三、设计任务及要求

1.利用单片机的P0端口的P0.0-P0.7连接到一个共阴极数码管的a-h的笔段上，数码管的公共端接地。

2.在数码管上循环显示0-9数字，时间间隔为1秒。

四、总体设计思路

1.硬件设计思路及系统框图。

2.软件设计思路及流程框图。

五、设计步骤

1.硬件设计

（1）确定目标：

设计整个系统是由哪些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出电路图。

（2）系统分析：

根据系统功能，选择各模块所用电路形式。

（3）总电路图：

连接各模块电路。

2.软件设计

（1）分析系统功能，设计软件流程图并编写功能代码。

（2）运用Keil软件进行程序调试。

3.基于Proteus和Keil的软硬件联合仿真。

六、课程设计成果要求

课程设计报告打印稿、电子稿，使用Keil、Proteus软件综合调试仿真产生的文件夹。

硬件电路图一份（A4）。

前言.....................................................................2

第1章课程设计的目的和任务要求..................................3

1.1、设计目的.........................................................3

1.2、课程设计题目.....................................................3

1.3、设计任务及要求...................................................3

第2章系统设计原理........................................3

2.1AT89C51芯片的介绍...............................................3

2.2LED数码显示原理.................................................3

2.3总体设计方案......................................................3

第3章系统设计内容.................................................4

3.1.硬件设计.......................................................4

3.1.1单片机最小系统...............................................4

3.1.2数码管显示电路...............................................6

3.1.3直流稳压电源电路.............................................6

3.2软件设计................................................8

3.2.1程序框图.....................................................8

3.2.2程序清单.....................................................9

第4章使用Keil、preoteus软件调试仿真说明....................10

4.1系统仿真.........................................................10

4.2仿真调试.........................................................10

结束语……………………………………………………………….........12

参考文献……...………………………………………………...........13

前言

单片机的应用介绍

单片机全称叫单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）,是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

1.在智能仪器仪表上的应用,例如精密的测量设备　2.在工业控制中的应用　　用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

3.在家用电器中的应用可从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

5.单片机在医用设备领域中的应用　例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

6.在各种大型电器中的模块化应用　如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。

　　此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

本论文简要介绍了AT89S51芯片、LED八段数码管及单片机最小系统等。

主要对软件设计进行详细的介绍。

关键字：

AT89C51单片机、LED数码管

第1章课程设计的目的和任务要求

1．1、设计目的

1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2.掌握汇编语言程序设计方法。

3.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

1.2、课程设计题目：

I/O口并行口直接驱动LED显示

1.3、设计任务及要求

1.利用单片机的P0端口的P0.0-P0.7连接到一个共阴极数码管的a-h的笔段上，数码管的公共端接地。

2.在数码管上循环显示0-9数字，时间间隔为1秒。

第二章系统设计原理

2.1AT89C51芯片的介绍

AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KByetesISP（In-systemprogammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用AYMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-52指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了8位中央处理器和ISPPlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

2.2LED数码显示原理

LED显示屏（LEDpanel），是一种通过控制半导体发光二极管。

显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

SAMSUNGSyncMasterP2370GLED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。

最初，LED只是作为卫星指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示器正在迅速崛起，近年来逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、PDA以及手机领域。

2.3总体设计方案

按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。

AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，具有丰富的内部资源：

4kB闪存、128BRAM、32根I/O口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口，具有4.25～5.50V的电压工作范围和0～24MHz工作频率，使用AT89C51单片机时无须外扩存储器。

本方案主要是通过对基于单片机的控制的LED彩灯循环系统的设计，来达到本设计的要求。

其硬件构成框图如图1-1所示，以单片机为核心控制，由单片机最小系统（时钟电路、复位电路、电源）、数码管和5V直流电源电路组成。

图2-1　单片机数字循环显示控制系统硬件框图

第三章系统设计内容

3.1.硬件设计

硬件设计思路：

本设计硬件系统主要由AT89S51单片机，数码管,电容，电源等元件组成，利用单片机的P0口作为输出端，来控制数码管的显示，把“单片机系统”区域的P0.0/AD0—P0.7/AD7端口用8芯排线接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一数码管的a—h端口上；要求：

P0.0/AD0与a相连，P0.2/AD2与b相连，P0.3/AD3与c相连P0.4/AD4与d相连,P0.5AD5与e相连，P0.6/AD6与f相连，P0.7AD7与相连。

3.1.1单片机最小系统

要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。

单片机最小系统如下图2-2所示。

时钟电路：

本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。

复位电路：

确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。

单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。

本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。

图2-2　单片机最小系统

选用AT89C51的引脚功能：

XTAL1:

单芯片系统时钟的反向放大器输入端。

XTAL2：

系统时钟的反向放大器输出端，一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英震荡晶体系统就可以工作了，此外可以在两引脚与地之间加入20PF的小电容，可以使系统更稳定，避免噪音干扰而死机。

P0：

端口0是一个8位宽的开路汲汲双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示0，P0.1表示1，以此类推。

3.1.2　数码管显示电路

数码管显示电路（如图所示）实际上是由1个排阻和1个数码管构成的电路。

数码管管与排阻对应串联,然后接在与之相对应的P0口上。

通过软件编程对P0口输出高低电平来实现不同的字形。

图2-3数码管显示电路

3.1.3直流稳压电源电路

对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。

电子设备除用电池供电外，还采用市电（交流电网）供电。

通过变压、整流、滤波和稳压后，得到稳定的直流电。

直流稳压电源是电子设备的重要组成部分！

本项目直流稳压电源为+5V。

如下图所示：

直流稳压电源的制作一般有3种制作形式，分别是分立元件构成的稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。

AT89C51单片机的工作电压范围：

4.0V—5.5V，所以通常给单片机外接5V直流电源。

以上是硬件设计的各部分介绍，总的硬件电路图如下图：

图2-4硬件电路图

元件名称

型号

数量/个

用途

单片机

AT89C51

1

控制核心

晶振

12MHZ

1

晶振电路

电容

30uF

3

晶振电路

电阻

10k

2

复位电路

电源

+5v

1

提供电源

拨码开关

BUTTON_1

1

发出信号

排阻

RESPACK7

1

显示电路

数码管

7SEG-MPX1-CC

1

显示电路

图2-5所用元器件清单

3.2软件设计

单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能看到数码管循环显示的现象，我们还需要告诉单片机怎么样进行控制，即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的明灭。

软件编程是系统中的一个重要的组成部分。

下面,我将阐系统是如何实现0-9数字循环显示的，来介绍实现循环显示0-9的软件编程方法。

本设计是以单片机AT89C51为核心控制数码管，

七段LED显示器内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管的极管的接线形成，可分为共阴极型和共阳极型。

LED数码管的a~g七个发光二极管因加正电压而发亮，因加零电压而不发亮，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合成为字形码。

本课设中采用共阴极接法，其字形码见下表：

“0”

3FH

“8”

7FH

“1”

06H

“9”

6FH

“2”

5BH

“A”

77H

“3”

4FH

“B”

7CH

“4”

66H

“C”

39H

“5”

6DH

“D”

5EH

“6”

7DH

“E”

79H

“7”

07H

“F”

71H

3.2.1程序框图

3.2.2程序清单

ORG0000H

LJMPSTART

ORG0030H

START:

MOVR1,#00H

NEXT:

MOVA,R1

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAYS

INCR1

CJNER1,#0AH,NEXT

LJMPSTART

DELAYS:

MOVB,#28H

MOVTMOD,#01H

LOOP3:

MOVTL0,#0B0H

MOVTH0,#3CH

SETBTR0

LOOP1:

JBCTF0,LOOP2

SJMPLOOP1

LOOP2:

DJNZB,LOOP3

RET

TAB:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

END

第四章．使用Keil、preoteus软件调试仿真说明

软件调试是通过对程序的编译、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。

先在keil中为所编的程序设置环境，然后输入程序检测并编译，之后用Proteus将编译好的程序输入到已设计好的电路的AT89C51中，开始模拟调试。

进一步修改，完成设计。

4.1系统仿真

本设计使用的KeilC51软件来进行编程。

KeilC51提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。

Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。

4.2仿真调试

本系统的调试是把在Keil里面写好的程序通过编译不出现任何错误后将生成的后缀名为.HEX的文件加载到AT89C51单片机中。

接下来我们将在PROTEUS软件进行软硬件结合的调试。

下面是在PROTEUS软件仿真系统中的调试结果。

打开仿真电路图，加载程序，点击开始运行。

无任何错误提示，仿真电路运行正常

结束语

通过一周的单片机课程设计，让人感受颇深，虽然有关于单片机的知识，但更重要的是团队合作。

刚开始时，我们有点迷茫，我懂得知识理论的知识但要实际操作，总是有差距的，虽然对于我们来说有一定的难度，但是我们经研究从最简单的编程开始，对于80C51单片机的编程，我们使用的是我们所学汇编语言，结合自己所学的及寻找大量资料，我们几个拟定了初步的程序，然后进行修改及用Keil软件进行调试，然后进一步修改，最终在我们努力下，完成了程序。

结束了软件，我们开始进行硬件，我们用Proteus软件进行绘图和仿真，在这一过程中，我们对该软件有了进一步的认识，与此同时，我们从中也学会了许多关于软件方面的知识。

在仿真过程中，我们遇到一些问题，如:

连线的问题、数码管不显示但通电、寻找合适的器件等问题，但在我们小团队的学习、查询问题缘由、及努力、老师的帮助下，这些问题都一一得到解答。

最终在我们的努力及精诚合作下，完成了0-9循环显示的课程设任务。

尽管LED具有显而易见的优势，但真正要取代或相当部分取代传统液晶的CCFL发光不是一件轻而易举的事。

主要有成本、技术成熟度和透光效率等三方面的原因。

在I/O并行口直接驱动LED显示的软件设计的过程中，我深切地体会到，实践是理论的最好检验。

本次设计是对我单片机这门课所学知识的一次综合性的、全面的考核，知识运用能力得到了提高，同时也大大提高了查阅资料的能力和效率，使我能够顺利的完成此次设计。

通过这次的课程设计作品的制作让我对单片机的理论有了更深入的了解，同时在具体的制作过程中我们发现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方面问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易的得到预想中的结果，有时甚至差别很大。

通过这次实践使我们更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们今后学习工作中会更加注重实际，避免成为只会纸上谈兵。

参考文献

［1］王幸之，钟爱琴，王雷,王闪.AT89系列单片机原理与接口技术［M］．北京：

北京航空航天大学出版社．2004,5

［2］李刚民，曹巧媛，曹琳琳，陈忠平.单片机原理及实用技术［M］．北京：

高等教育出版社.2005,4

［3］吴国经.单片机应用技术[M].北京：

中国电力出版社.2004.5

［4］徐泳龙．单片机原理及应用[M]．北京：

机械工业出版社.2004.8

［5］中国电子资源网：