1、物理与电子工程学院单片机原理与接口技术课程设计报告书设计题目：基于单片机 LED 数码管共阴极显示电路专 业： 自动化 班 级： 14 级 接本班 学生姓名: 李超 学 号: 2010140343108 指导教师： 成燕平 2014 年 6 月 9 日物理与电子工程学院课程设计任务书专业： 自动化 班级： 14 级接本 1班 学生姓名 李超 学号 20140343108课程名称 单片机原理与接口技术 设计题目 基于单片机的 LED 数码管共阴极动态显示电路设 计设计目的、主要内容（参数、方法）及要求设计目的：掌握由单片机控制的硬件电路和软件程序的设计方法。掌握 Keil uVision 编程软
2、件和 Proteus Professional 仿真软件的使用方法。设计主要内容及要求：硬件电路主要由电源部分、单片机主控部分、显示部分构成。画出系统电路原理图，软件设计（系统流程图、编写源代码程序） ，最后对系统进行仿真调试。1、电源部分：采用稳压直流电源对系统进行供电，设计三端稳压电源电路。2、主控部分：对单片机进行选型，并设计单片机最小系统电路。3、显示部分：采用 4 个共阴极 LED 数码管作为显示电路，并采用动态驱动方式进行显示。实现功能为：第一个数码管显示 2，时间为 0.5s，然后关闭它；立即让第二个数码管显示 0，时间为 0.5s，再关闭它；立即让第三个数码管显示 1，时间为
3、0.5s，再关闭它；立即让第四个数码管显示 5，时间为 0.5s，再关闭它；关闭第四个数码管后回来显示第一个数码管，一直循环下去。工作量 2 周时间，每天 3 学时，共计 42 学时进度安排第 1 天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料第 2-3 天：学习课程设计中用到的单片机相关知识第 4-5 天：根据课程设计的要求完成硬件主要芯片选型及硬件电路设计。第 6-7 天：学习 Proteus Professional 仿真软件，绘制硬件电路原理图。第 8-10 天：学习 Keil uVision 编程软件，完成软件系统设计。第 11-12 天：通过 Proteus Profe
4、ssional 仿真软件，进行仿真调试。第 13-14 天：撰写课程设计报告。主要参考资料1郭天祥编著,51 单片机 C 语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略M.北京:电子工业出版社,2014.112宋雪松,李冬明,催长胜.手把手教你学 51 单片机（C 语言版）M. 北京:清华大学出版社,2014.4 3汤嘉立,李林，胡羽等.单片机应用技术实例教程M. 北京:人民邮电出版社,2014.114徐爱钧.单片机原理实用教程-基于 Proteus 虚拟仿真（第 2 版）M. 北京:电子工业出版社,2012.125徐爱钧,徐阳.Keil 单片机高级语言应用编程与实践M.电子工业出版社,2013.12指
5、导教师签字 教研室主任签字摘 要随着计算机技术的发展，现代的计算机都是大规模集成电路计算机它们具有功能强、结构紧凑、系统可靠等特点，其发展趋势是巨型化、微型化、网络化及智能化。微型化是计算机发展的重要方向，也就是把计算机的运算器、控制器、存储器、I/O 接口四个组成部分集成在一个硅片内，于是就出现了一个以大规模集成电路为主要组成的微型计算机即单片机(Single Chip Microcomputer)。正是由于单片机技术的发展，才能使 LED 七段数码管能够在减少驱动器的情况下能够直接被驱动。由于 LED 数码管显示技术的优势使得它被广泛应用在工业过程控制系统、智能仪表，智能产品等领域。本论文
6、重点介绍了 LED(light emission diode)数码管显示技术，并且编写了这种显示技术在单片机中实现的关键编码以及提供了参考原理简图。关键词：LED 技术； 计算机硬件； 单片机； 数码管目 录1 引言 12 设计的目 的 23 电路的设计与分析 23.1 电路的总体设计 .23. 2 数码管的工作原理 .33.3 电路的原理框图 .53.4 计数电路的分析与设计 .64 译码显示电路的设计与分析 74 .1 译码电路的设计 .74.2 译码电路的分析 85 调试及运行结果分析 .95.1 调试及 运行 95.2 结果分析 95.3 总电路仿真 106 心得体会 .11参 考 文
7、 献 12附 录 1311 引言用单片机驱动 LED 数码管有很多方法，按显示方式可分静态显示和动态（扫描）显示；按译码方式可分硬件译码和软件译码。静态显示数据稳定，占用很少的 CPU 时间。动态显示需要 CPU 时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的 CPU 时间多。LED 数码管的外围电路一般需要一个限流电阻和加大驱动电流的晶体管。LED 数码管是由发光二级管显示字段组成的显示器，有“8”字段和“米”字段之分，这种显示器有共阳极和共阴极两种。实际上不上不用驱动电路即可达到正常亮度，为了可靠性设计可采用晶体管构成驱动电路。22 设计的目的在单片机的产品设计中，人机界面是非常重要
8、的部分，而且随着系统的日益复杂，以及人们对产品的人机交互能力的要求不断提升，常握单片机系统中的人机界面基础设计能力成为了学习单片机的基础课程，而 4X4 键盘的操作和LED 数码管的动态显示是人机界面设计的基础内容，掌握这些基础设计能力，加深对人机界面的认识，同时提高人机界面系统设计能力。3 电路的设计与分析3.1 电路的总体设计设计要求依次显示自然数列 1、2、3、4、5、6、7、8、9，奇数列1、3、5、7、9，偶数列 0、2、4、6、8，音乐数列0、1、0、1、2、3、4、5、6、7，列出下列关系：自然数列 奇数列 偶数列 音乐数列0000 0001 0000 00000001 0011
9、 0010 00010010 0101 0100 0000 0011 0111 0110 00010100 1001 1000 00100101 00110110 01000111 01011000 01101001 0111通过上面的数列可发现如下规律：奇数列最末位都为 1；偶数列最末位都为 0,音乐数列的最高位都为 0.因此该设计的关键是对 74LS153 的输入端的强制置数的处理，设计要求产生奇数，实际上就是将第一个 74LS153 的 1C1 强制置1；要求产生偶数，实际上就是把第一个 74LS153 的 1C2 强制置 0；要求产生 0-37 的音乐符号，实际就是把第二个 74LS1
10、53 的 2C3 强制置 0；也就是说产生十进制的的计数一直是不变的，它内部的技术依然是 0-9 的计数，我们只是在外部改变了它的输出而已。用一个 555 构成多谐振荡器产生大约 1HZ 的脉冲，脉冲可以使 74LS160 正常工作循环产生 09 的十进制数作为 74LS153 的输入，用 74LS161 的低两位输出作为两个 74LS153 的地址输入控制其输出。74LS160 每循环 09 一次就会产生进位输出为 74LS161 提供一个脉冲，使其计数一次，74LS161 在此处做为一个四进制的计数器。在脉冲作用下，74LS161 的低两位循环产生00、01、10、11 从而使 74LS1
11、53 输出相应的十进制数再经 74LS48 译码最终使数码管按要求依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列） ，1、3、5、7、9（奇数列） ，0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列） ，然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列如此周而复始，不断循环。3. 2 数码管的工作原理数码管由 8 个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示 数字 0 9，字符 AF、H、L、P、R、U 、Y 等符号及小数点“.” 。 数码管又分为共阴极和共阳极两种类型。共阳极数码管中 8 个发光二极管的阳极（二极管正端）
12、连接一起 ,即为共阳极接法，简 称共阳数码管。通常,公共阳极接高电平（一般接电源） ，其它管脚接段驱动电路输出端。 当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不 同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需 根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 共阴极数码管中 8 个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，即为共阴极接法， 简称共阴数码管。通常，共阴极接低电平（一般接地） ，其它管脚接段驱动电路输4出端。 当某段驱动电路的输出端为高电平时，该端所连接的字符导通并点亮，根据发光字段的不 同组合可显示出各种数字或字
13、符。同样，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需 根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。53.3 电路的原理框图555脉冲电路计数器计数器数据选择器数据选择器译码电路 数码管63.4 计数电路的分析与设计该设计用到了 74LS160 和 74LS161 两个计数器，其中 74LS160 用来产生 09 的十进制数作为数据选择器的输入，74LS161 的输出低两位作为数据选择器的地址选择其实是将其作为了一个四进制的计数器，循环产生00、01、10、11 进而控制了数据选择器的输出，终使数码管按要求产生循环数列。下面是 74LS160 的介绍：异步清零端/MR1 为低电平时，不管时
14、钟端 CP 信号状态如何，都可以完成清零功能。 160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在CP 上升沿作用下，输出端 Q0-Q3 与数据输入端 P0-P3 一致。对于54/74160，当 CP 由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端 CEP、CET 为高电平，则/PE 应避免由低至高电平的跳变，而 54/74LS160 无此种限制。 160 的计数是同步的，靠 CP 同时加在四个触发器上而实现的。 当CEP、CET 均为高电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0-Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于 54/74LS160 的 CEP、CET 跳变与 CP无关。
15、 当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0 的高电平部分。对于 74LS160，在 CP 出现前，即使 CEP、CET、/MR 发生变化，电路的功能也不受影响。 图 3-2 74LS160 外部引脚图74 译码显示电路的设计与分析4 .1 译码电路的设计数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示） ；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平
16、时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就会被点亮。 计数器用来产生十进制计数，其输出端信号加到译码器输入端，经译码后可以在输出端产生所需的控制信号。本电路计数器译码器采用 74LS48，译码驱动电路如图 3-4。它们分别为可预置 4 位二进制同步可逆计数器和八选一数据选择器。电路的工作原理是不规则时钟脉冲信号加到计数器 74LS160 的计数向上引脚，计数器控自然忘序递增计数，其输出端 Qd
17、,Qc,Qa,Qb 按自然忘序递增到 1000 时，由于清除和 Qd 相连接当 Qd为 1 时计数器清等然后又重复递增计数，不断循环进行。而计数器的输出瑞 Qc,Qb,Qa 接到 74LS153 的输入端，在 Qc，Qb ，Qa 的作用下价它们的每一种组合方式对应于输出端的一个引脚状态.在任意时刻只有一个端口为高电平其余喘口全为低电平.而且这种变化同样是按照自然递增的顺序循环进行。根据这种结果，可以把每一路输出用以控制半导体数码管从而可以达到循环显示数字的目的。图 3-5 74IS48 的引脚84.2 译码电路的分析7448 七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器
18、设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。7448 的 LRBI、BI/RBO,简要说明如下：灭灯输入 BI/RBO ，BI/RBO 是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当 BI/RBO 作输入使用且 BI0 时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入 ag 均为 0，所以字形熄灭。试灯输入 LT ： 当 LT0 时， BI/RBO 是输出端，且 RBO1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出 ag 均为 1,显示字形 8。该输入端常用于检查 74IS48 本身及显示器的好坏。 当 LT1，RBI 0 且输入代码 DCBA0000 时，各段输出ag 均为低电平，与 BCD 码相应的字形
19、 0 熄灭，故称“灭零” 。利用 LT=1 与RBI=0 可以实现某一位的“消隐”。此时 BI/RBO 是输出端，且 RBO=0。 BI/RBO 作为输出使用时，受控于 LT 和 RBI。当 LT1 且 RBI0，输入代码DCBA=0000 时，RBO=0；若 LT=0 或者 LT1 且 RBI1，则 RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。 从功能表还可看出，对输入代码 0000，译码条件是：LT 和 RBI 同时等于 1，而对其它输入代码则仅要求LT1，这时候，译码器各段 ag 输出的电平是由输入 BCD 码决定的，并且满足显示字形的要求译码驱动电路95 调试及运行结
20、果分析5.1 调试及运行本设计应用 Proteus6 及 KEIL51 软件,首先根据自己设计的电路图用Proteus6 软件画出电路模型，关于这个软件的使用通过查一些资料和自己的摸索学习；然后我们用 KEIL51 软件对所编写的程序进行编译、链接，如果没有错误和警告便可生成程序的 hex 文件，将此文件加到电路图上使软硬件结合运行，最后进行端口电压的对比测试，测试的第一路对比见图 4-1 中标准电压值采用 Proteus6 软件中的模拟电压表测得。5.2 结果分析接通电源后数码管可以按要求依次循环显示出数字 2、0、1、5 间隔几秒后，然后又依次显示出数列 2、0、1 5如此周而复始，不断循
21、环。并且打开电源自动复位，从自然数列开始显示。实现了预期的设计要求。105.3 总电路仿真图 4-3 总电路仿真116 心得体会课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在这努力的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知
22、识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机掌握得不好，还有就是 C 语言，还是需要努力学习通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。课程设计真的有点累，然而，当我一
23、着手清理自己的设计成果，漫漫回味这几周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感悟， 通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱。有几次因为不小心我出错，只能毫不情意地重来但一想起老师对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定要养成一种高度负责，认真对待的良好习惯这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。12参 考 文
24、献1徐爱钧,徐阳.Keil 单片机高级语言应用编程与实践M.电子工业出版社,2013.122 张国勋.缩短 ICL7135A/D 采样程序时间的一种方法J.电子技术应用.1993.第一期3 高峰.单片微型计算机与接口技术M. 北京科学出版社 ,2003.4 刘伟,赵俊逸,黄勇.一种基予 C8051F 单片机的 SOC 型数据采录器的设计与实现5宋雪松,李冬明,催长胜.51 单片机（C 语言版）M.清华大学出版社,2014.4 6汤嘉立,李林，胡羽等.单片机应用技术实例教程M. 人民邮电出版社 ,2014.117徐爱钧.单片机原理实用教程- 基于 Proteus 虚拟仿真（第 2 版）M,201
25、2.128徐爱钧,徐阳.Keil 单片机高级语言应用编程与实践M.电子工业出版社,2013.1213附 录课程设计中的程序如下：下面是数码管动态显示的程序 ：ORG 0000HMOV 30H,#2MOV 31H,#0MOV 32H,#1MOV 33H,#5 ;预置显示数据为 2015MOV DPTR,#TAB ;段选码表首地址Start: MOV R0,#30H ;数据缓冲区首址MOV R1,#01H ;共阴初始位选码MOV R2,#4 ;数码管个数LOOP: MOV A,R0 ;取待显示数据MOVC A,A+DPTR;查显示码MOV P2,R1 ;送出显示段码MOV P0,A ;送出位选码L
26、CALL DELAY ;延时 200us 左右INC R0 ;修改地址指针MOV A,R1RL AMOV R1,A ;移位位选码DJNZ R2,LOOP ; 四位未显示完，继续SJMP Start ;显示完 4 位，进入下一轮DELAY: MOV R6,#250HDL0: MOV R4 ,#60DL1: MOV R5, #60DJNZ R5,$DJNZ R4,DL1DJNZ R6,DL0RETTAB: DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H, 99H , 92H DB 82H, 0F8H, 80H, 90H, 88H , 83H14END课程设计成绩评定表院系： 物理与电子工程学院
27、 班级： 接本班 姓名： 李超 学号：20140343108 优秀(x90%)良好(90%x80%)中等(80%x70%)及格(70%x60%)不及格(x60%)项目 分值参考标准 参考标准 参考标准 参考标准 参考标准评分平时考核 20学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作。学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务。学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作。学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务。学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度。报告内容组织书写20结构严谨，逻辑性强，层次清晰
28、，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰。结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰。结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰。结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整。内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰。课程设计报告技术水平20设计合理、理论分析与计算正确，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信。设计合理、理论分析与计算正确，文献引用、调查调研比较合理、可信。设计合理，理论分析与计算基本正确，主要文献引用、调查调研比较可信。设计基本合理，理论分析与计算无大错。设计不合理，理论分析与计算有原则错误，文献引用、调查调研有较大的问题。15仿真/制作 40实验数据准确，有很强的实际动手能力和计算机应用能力。实验数据比较准确，有较强的实际动手能力和计算机应用能力。实验数据比较准确，有一定的实际动手能力。实验数据无大错。实验数据不可靠，实际动手能力差。指导教师签名 指导教师评定成绩1617
