1、物理與電子工程學院單片機原理與接口技術課程設計報告書設計題目：基于單片機LED數碼管共陰極顯示電路專 業： 自動化 班 級： 14級 接本班 學生姓名: 李超 學 號: 2010140343108 指導教師： 成燕平 2014年6月9日物理與電子工程學院課程設計任務書專業： 自動化 班級： 14級接本1班 學生姓名李超學號20140343108課程名稱單片機原理與接口技術設計題目基于單片機的LED數碼管共陰極動態顯示電路設計設計目的、主要內容（參數、方法）及要求設計目的：掌握由單片機控制的硬件電路和軟件程序的設計方法。掌握Keil uVision編程軟件和Proteus Professiona

2、l仿真軟件的使用方法。設計主要內容及要求：硬件電路主要由電源部分、單片機主控部分、顯示部分構成。畫出系統電路原理圖，軟件設計（系統流程圖、編寫源代碼程序），最后對系統進行仿真調試。1、電源部分：采用穩壓直流電源對系統進行供電，設計三端穩壓電源電路。2、主控部分：對單片機進行選型，并設計單片機最小系統電路。3、顯示部分：采用4個共陰極LED數碼管作為顯示電路，并采用動態驅動方式進行顯示。實現功能為：第一個數碼管顯示2，時間為0.5s，然后關閉它；立即讓第二個數碼管顯示0，時間為0.5s，再關閉它；立即讓第三個數碼管顯示1，時間為0.5s，再關閉它；立即讓第四個數碼管顯示5，時間為0.5s，再關閉

3、它；關閉第四個數碼管后回來顯示第一個數碼管，一直循環下去。工作量2周時間，每天3學時，共計42學時進度安排第1天：明確課程設計的目的和意義，根據課程設計要求查找相關資料第2-3天：學習課程設計中用到的單片機相關知識第4-5天：根據課程設計的要求完成硬件主要芯片選型及硬件電路設計。第6-7天：學習Proteus Professional仿真軟件，繪制硬件電路原理圖。第8-10天：學習Keil uVision編程軟件，完成軟件系統設計。第11-12天：通過Proteus Professional仿真軟件，進行仿真調試。第13-14天：撰寫課程設計報告。主要參考資料1郭天祥編著,51單片機C語言教程

4、入門、提高、開發、拓展全攻略M.北京:電子工業出版社,2014.112宋雪松,李冬明,催長勝.手把手教你學51單片機（C語言版）M. 北京:清華大學出版社,2014.4 3湯嘉立,李林，胡羽等.單片機應用技術實例教程M. 北京:人民郵電出版社,2014.114徐愛鈞.單片機原理實用教程-基于Proteus虛擬仿真（第2版）M. 北京:電子工業出版社,2012.125徐愛鈞,徐陽.Keil單片機高級語言應用編程與實踐M.電子工業出版社,2013.12指導教師簽字教研室主任簽字摘 要隨著計算機技術的發展，現代的計算機都是大規模集成電路計算機它們具有功能強、結構緊湊、系統可靠等特點，其發展趨勢是巨型

5、化、微型化、網絡化及智能化。微型化是計算機發展的重要方向，也就是把計算機的運算器、控制器、存儲器、I/O接口四個組成部分集成在一個硅片內，于是就出現了一個以大規模集成電路為主要組成的微型計算機即單片機(Single Chip Microcomputer)。正是由于單片機技術的發展，才能使LED七段數碼管能夠在減少驅動器的情況下能夠直接被驅動。由于LED數碼管顯示技術的優勢使得它被廣泛應用在工業過程控制系統、智能儀表，智能產品等領域。本論文重點介紹了LED(light emission diode)數碼管顯示技術，并且編寫了這種顯示技術在單片機中實現的關鍵編碼以及提供了參考原理簡圖。關鍵詞：LE

6、D技術； 計算機硬件； 單片機； 數碼管目 錄1 引言12 設計的目的23 電路的設計與分析23.1電路的總體設計23. 2數碼管的工作原理33.3電路的原理框圖53.4計數電路的分析與設計64 譯碼顯示電路的設計與分析74 .1譯碼電路的設計74.2譯碼電路的分析85調試及運行結果分析95.1調試及運行95.2結果分析95.3總電路仿真106心得體會11參 考 文 獻12附 錄131 引言用單片機驅動LED數碼管有很多方法，按顯示方式可分靜態顯示和動態（掃描）顯示；按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼。靜態顯示數據穩定，占用很少的CPU時間。動態顯示需要CPU時刻對顯示器件進行數據刷新，顯示數據

7、有閃爍感，占用的CPU時間多。LED數碼管的外圍電路一般需要一個限流電阻和加大驅動電流的晶體管。LED數碼管是由發光二級管顯示字段組成的顯示器，有“8”字段和“米”字段之分，這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。實際上不上不用驅動電路即可達到正常亮度，為了可靠性設計可采用晶體管構成驅動電路。2 設計的目的在單片機的產品設計中，人機界面是非常重要的部分，而且隨著系統的日益復雜，以及人們對產品的人機交互能力的要求不斷提升，常握單片機系統中的人機界面基礎設計能力成為了學習單片機的基礎課程，而4X4鍵盤的操作和LED數碼管的動態顯示是人機界面設計的基礎內容，掌握這些基礎設計能力，加深對人機界面的認識，同時提

8、高人機界面系統設計能力。3 電路的設計與分析3.1電路的總體設計設計要求依次顯示自然數列1、2、3、4、5、6、7、8、9，奇數列1、3、5、7、9，偶數列0、2、4、6、8，音樂數列0、1、0、1、2、3、4、5、6、7，列出下列關系：自然數列 奇數列 偶數列 音樂數列0000 0001 0000 00000001 0011 0010 00010010 0101 0100 0000 0011 0111 0110 00010100 1001 1000 00100101 00110110 01000111 01011000 01101001 0111通過上面的數列可發現如下規律：奇數列最末位都為

9、1；偶數列最末位都為0,音樂數列的最高位都為0.因此該設計的關鍵是對74LS153的輸入端的強制置數的處理，設計要求產生奇數，實際上就是將第一個74LS153的1C1強制置1；要求產生偶數，實際上就是把第一個74LS153的1C2強制置0；要求產生0-7的音樂符號，實際就是把第二個74LS153的2C3強制置0；也就是說產生十進制的的計數一直是不變的，它內部的技術依然是0-9的計數，我們只是在外部改變了它的輸出而已。用一個555構成多諧振蕩器產生大約1HZ的脈沖，脈沖可以使74LS160正常工作循環產生09的十進制數作為74LS153的輸入，用74LS161的低兩位輸出作為兩個74LS153的

10、地址輸入控制其輸出。74LS160每循環09一次就會產生進位輸出為74LS161提供一個脈沖，使其計數一次，74LS161在此處做為一個四進制的計數器。在脈沖作用下，74LS161的低兩位循環產生00、01、10、11從而使74LS153輸出相應的十進制數再經74LS48譯碼最終使數碼管按要求依次顯示出數字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然數列），1、3、5、7、9（奇數列），0、2、4、6、8（偶數列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音樂符號數列），然后又依次顯示出自然數列、奇數列、偶數列和音樂符號數列如此周而復始，不斷循環。3. 2數碼管的工作原理數碼管由 8 個發光二

11、極管（以下簡稱字段）構成，通過不同的組合可用來顯示 數字 0 9，字符 AF、H、L、P、R、U、Y 等符號及小數點“.”。 數碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型。共陽極數碼管中 8 個發光二極管的陽極（二極管正端）連接一起,即為共陽極接法，簡 稱共陽數碼管。通常,公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅動電路輸出端。 當某段驅動電路的輸入端為低電平時，該端所連接的字段導通并點亮。根據發光字段的不 同組合可顯示出各種數字或字符。此時，要求段驅動電路能吸收額定的段導通電流，還需 根據外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。 共陰極數碼管中 8 個發光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起

12、，即為共陰極接法， 簡稱共陰數碼管。通常，共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅動電路輸出端。 當某段驅動電路的輸出端為高電平時，該端所連接的字符導通并點亮，根據發光字段的不 同組合可顯示出各種數字或字符。同樣，要求段驅動電路能提供額定的段導通電流，還需 根據外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。3.3電路的原理框圖555脈沖電路計數器計數器數據選擇器數據選擇器譯碼電路數碼管3.4計數電路的分析與設計該設計用到了74LS160和74LS161兩個計數器，其中74LS160用來產生09的十進制數作為數據選擇器的輸入，74LS161的輸出低兩位作為數據選擇器的地址選擇其實是將其作為了一

13、個四進制的計數器，循環產生00、01、10、11進而控制了數據選擇器的輸出，終使數碼管按要求產生循環數列。下面是74LS160的介紹： 異步清零端/MR1 為低電平時，不管時鐘端CP信號狀態如何，都可以完成清零功能。 160的預置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數據輸入端P0-P3一致。對于54/74160，當CP由低至高跳變或跳變前，如果計數器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無此種限制。 160的計數是同步的，靠CP同時加在四個觸發器上而實現的。 當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用

14、下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數器中出現的計數尖峰。對于54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無關。 當計數溢出時，進位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。對于74LS160，在CP出現前，即使CEP、CET、/MR發生變化，電路的功能也不受影響。 圖3-2 74LS160外部引腳圖4 譯碼顯示電路的設計與分析4 .1譯碼電路的設計數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發光二極管單元（多一個小數點顯示）；按發光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)

15、的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發光二極管的陽極為高電平時，相應字段就會被點亮。 計數器用來產生十進制計數，其輸出端信號加到譯碼器輸入端，經譯碼后可以在輸出端產生所需的控制信號。本電路計數器譯碼器采用74LS48，譯碼驅動電路如圖3-4。它們分別為可預置4位二進制同步可逆計數器和八選一數據選擇器。電路的工作原理是不規則時鐘脈沖信號加到計數

16、器74LS160的計數向上引腳，計數器控自然忘序遞增計數，其輸出端Qd,Qc,Qa,Qb按自然忘序遞增到1000時，由于清除和Qd相連接當Qd為1時計數器清等然后又重復遞增計數，不斷循環進行。而計數器的輸出瑞Qc,Qb,Qa接到74LS153的輸入端，在Qc，Qb，Qa的作用下價它們的每一種組合方式對應于輸出端的一個引腳狀態.在任意時刻只有一個端口為高電平其余喘口全為低電平.而且這種變化同樣是按照自然遞增的順序循環進行。根據這種結果，可以把每一路輸出用以控制半導體數碼管從而可以達到循環顯示數字的目的。圖3-5 74IS48的引腳4.2譯碼電路的分析7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅動

17、共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設有多個輔助控制端，以增強器件的功能。7448的LRBI、BI/RBO,簡要說明如下：滅燈輸入BI/RBO ，BI/RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當BI/RBO作輸入使用且BI0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入ag均為0，所以字形熄滅。試燈輸入LT ： 當LT0時，BI/RBO是輸出端，且RBO1，此時無論其它輸入端是什么狀態，所有各段輸出ag均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查74IS48本身及顯示器的好壞。 當LT1，RBI0且輸入代碼DCBA0000時，各段輸出ag均為低電平，與BCD碼相應的字形0熄滅，故稱“滅零”。利用LT=

18、1與RBI=0可以實現某一位的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0。 BI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當LT1且RBI0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數字時，多個譯碼器之間的連接。 從功能表還可看出，對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT1，這時候，譯碼器各段ag輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字形的要求譯碼驅動電路5調試及運行結果分析5.1調試及運行本設計應用Proteus6及KEIL51軟件,首先根據自己設計的電路圖用Pro

19、teus6軟件畫出電路模型，關于這個軟件的使用通過查一些資料和自己的摸索學習；然后我們用KEIL51軟件對所編寫的程序進行編譯、鏈接，如果沒有錯誤和警告便可生成程序的hex文件，將此文件加到電路圖上使軟硬件結合運行，最后進行端口電壓的對比測試，測試的第一路對比見圖4-1中標準電壓值采用Proteus6軟件中的模擬電壓表測得。5.2結果分析接通電源后數碼管可以按要求依次循環顯示出數字2、0、1、5間隔幾秒后，然后又依次顯示出數列2、0、1 5如此周而復始，不斷循環。并且打開電源自動復位，從自然數列開始顯示。實現了預期的設計要求。5.3總電路仿真圖4-3 總電路仿真6心得體會課程設計是培養學生綜合

20、運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發展的日新日異，單片機已經成為當今計算機應用中空前活躍的領域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發技術是十分重要的?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C課程設計，我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在這努力的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與

21、實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使用方法，對單片機掌握得不好，還有就是C語言，還是需要努力學習通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。課程設計真的有點累，然而，當我一著手清理自己的設計成果，漫漫回味這幾周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消雖然這是我剛學會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到

22、自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感悟， 通過課程設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致課程設計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂。有幾次因為不小心我出錯，只能毫不情意地重來但一想起老師對我們耐心的教導，想到今后自己應當承擔的社會責任，想到世界上因為某些細小失誤而出現的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提示自己，一定要養成一種高度負責，認真對待的良好習慣這次課程設計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練。參 考 文 獻1徐愛鈞,徐陽.Keil單片機高級語言應用編程與實踐M.電子工業出版社,2013.122 張國勛.縮短ICL7135A/D采樣程序時間的一種方法J.電子技

23、術應用.1993.第一期3 高峰.單片微型計算機與接口技術M.北京科學出版社,2003.4 劉偉,趙俊逸,黃勇.一種基予C8051F單片機的SOC型數據采錄器的設計與實現5宋雪松,李冬明,催長勝.51單片機（C語言版）M.清華大學出版社,2014.4 6湯嘉立,李林，胡羽等.單片機應用技術實例教程M.人民郵電出版社,2014.117徐愛鈞.單片機原理實用教程-基于Proteus虛擬仿真（第2版）M,2012.128徐愛鈞,徐陽.Keil單片機高級語言應用編程與實踐M.電子工業出版社,2013.12附 錄課程設計中的程序如下：下面是數碼管動態顯示的程序 ： ORG 0000H MOV 30H,#

24、2MOV 31H,#0MOV 32H,#1 MOV 33H,#5 ;預置顯示數據為2015 MOV DPTR,#TAB ;段選碼表首地址Start: MOV R0,#30H ;數據緩沖區首址 MOV R1,#01H ;共陰初始位選碼 MOV R2,#4 ;數碼管個數LOOP: MOV A,R0 ;取待顯示數據 MOVC A,A+DPTR;查顯示碼 MOV P2,R1 ;送出顯示段碼 MOV P0,A ;送出位選碼 LCALL DELAY ;延時200us左右 INC R0 ;修改地址指針 MOV A,R1 RL A MOV R1,A ;移位位選碼 DJNZ R2,LOOP ; 四位未顯示完，繼續 SJMP Start ;顯示完4位，進入下一輪DELAY: MOV R6,#250HDL0: MOV R4 ,#60DL1: MOV R5, #60 DJNZ R5,$ DJNZ R4,DL1 DJNZ R6,DL0 RETTAB: DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H, 99H , 92H DB 82H, 0F8H, 80H, 90H, 88H , 83H END課程設計成績評定表院