基于單片機(jī)的數(shù)碼管循環(huán)顯示的電路設(shè)計(jì)

1、 湖南科技大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)單 片 機(jī) 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目基于單片機(jī)的數(shù)碼管循環(huán)顯示電路設(shè)計(jì) 姓 名_ _ 學(xué) 號(hào)_ _ _ _ 指導(dǎo)教師 _ _ 成 績(jī)_ _ _ 湖南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院二一六年十二月制摘要隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。單片機(jī)誕生30多年以來(lái)，其品種,功能和應(yīng)用技術(shù)都得到飛速的發(fā)展，本次課程設(shè)計(jì)的目的主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，完成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用單片機(jī)89C51為中心器件來(lái)設(shè)計(jì),系統(tǒng)使用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性強(qiáng)。在現(xiàn)有的單片機(jī)仿真機(jī)系統(tǒng)上掌握相關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試知識(shí)，根據(jù)仿真系統(tǒng)，焊好硬件電路，正確進(jìn)行元器件的測(cè)試與調(diào)試

2、。正文著重給出軟硬件設(shè)計(jì)的思路和各部分功能的擴(kuò)展增強(qiáng)，以及其具體實(shí)現(xiàn)。目錄 摘要i第一章 系統(tǒng)功能要求- 1 -1、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)- 1 -2、設(shè)計(jì)所需要的用具- 1 -第二章 設(shè)計(jì)方案論證- 2 -2.1、電源部分- 2 -2.2 軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境- 2 -第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)- 3 -3.1主要芯片簡(jiǎn)介：- 3 -1、主要特性：- 3 -2、管腳說(shuō)明： - 3 -3、振蕩器特性：- 4 -4、芯片擦除： - 4 -5、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：- 5 -3.2 STC90C51基本電路- 5 -1、 復(fù)位電路- 5 -2、晶振電路- 6 -第四章 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)- 8 -程序全文如下- 8 -第五章

3、調(diào)試及性能分析- 9 -5.1軟件調(diào)試- 9 -5.2性能分析- 10 -參考文獻(xiàn)- 11 -附件- 12 -附件一 設(shè)計(jì)總電路圖- 12 -附件二 源程序- 13 -第1章 系統(tǒng)功能要求1、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)單片機(jī)主電路、數(shù)碼管電路。2、設(shè)計(jì)所需要的用具電烙鐵，錫絲，單片機(jī)，STC90C51、，晶振，各種不同阻值電阻，各種型號(hào)電容，三極管，導(dǎo)線，杜邦線等第二章 設(shè)計(jì)方案論證2.1、電源部分本次設(shè)計(jì)選用90C51單片機(jī)作為核心，數(shù)碼管作為顯示器，7805穩(wěn)壓器為主的直流穩(wěn)壓電路做為電源，配合采集，轉(zhuǎn)換，顯示程序共同實(shí)現(xiàn)可測(cè)量0-5V直流電壓的數(shù)字式電壓表。2.2 軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境 硬件選擇：選擇

4、90C51作為單片機(jī)芯片，選用獨(dú)立式按鍵作為程序的跳轉(zhuǎn)與選擇，利用ADC0809作為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，利用P0至P4的各個(gè)串口來(lái)進(jìn)行不同設(shè)備間的連接，計(jì)算機(jī)進(jìn)行匯編，H51/L仿真器，單片機(jī)多功能實(shí)驗(yàn)箱。 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境： 用Proteus 7 Professional軟件畫電路圖 、Keil uVision3軟件進(jìn)行程序編寫。第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1主要芯片簡(jiǎn)介： STC90C516RD+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超*/高速/低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，時(shí)鐘頻率在12MHz以下時(shí)

5、，復(fù)位腳可直接接地。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-24Hz ，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 。 2、管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)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)，

6、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：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：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

7、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：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，如下所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口

8、） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 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RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)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

9、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(guò)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(wú)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，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)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

10、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(lái)自反向振蕩器的輸出。 3、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(guò)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(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4、芯片擦除： 整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10

11、ms 來(lái)完成。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，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 5、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 8位CPU；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；32根I/O線；外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K；2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；全雙工串行口；布爾處理器。此為引腳圖如圖3.1：圖3.1 引腳圖3.2 STC90C51基本電路STC90C51單片機(jī)要正常工作，必須有基本電路：晶振電路

12、及復(fù)位電路。1、 復(fù)位電路復(fù)位是使單片機(jī)處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機(jī)工作從復(fù)位開(kāi)始。在單片機(jī)RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本方式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。復(fù)位電路如圖3.2所示。 圖3.2 復(fù)位電路圖開(kāi)機(jī)瞬間RST獲得高電平，隨著電解電容C3的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。若該高電平能保持足夠2個(gè)機(jī)器周期，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。根據(jù)經(jīng)典電路選擇參數(shù)，選取C3=10µF，R1=10K。2、晶振電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式是利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生

13、時(shí)鐘信號(hào)。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。本次設(shè)計(jì)中，采用的是12MHz晶振，配上30pF的電容，構(gòu)成諧振，這樣有助于輸出穩(wěn)定的波形。如圖3.3所示。 圖3.3 波形圖在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振），作為單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路的負(fù)載，構(gòu)成自激振蕩器，可在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。C1和C2的作用是穩(wěn)定振蕩頻率和快速起振。根據(jù)經(jīng)典電路選擇參數(shù)，本電路選用晶振12 MHz， C1=C2=33PF。其中晶振周期（或外部時(shí)鐘信號(hào)周期）為最小的時(shí)序單位。第四章 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)程序全文如下 #include <reg51.h> unsigned c

14、har code wei=0x08,0x04,0x02,0x01; Unsigned char code duan=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0; Void delay(unsigned int i) unsigned int m,n; For(m=i;m>0;m-) For(n=90;n>0;n-); Void main() unsigned char num; While(1) for(num=0;num<4;num+) P2=weinum; P0=duannum; Delay(2000); 第五章 調(diào)試及性能分析5.1軟件調(diào)試調(diào)試及結(jié)果如下：圖5.1 調(diào)試圖仿

15、真效果圖如圖5.2所示： 圖5.2 仿真圖5.2性能分析本次實(shí)驗(yàn)采用4位數(shù)碼管，依次循環(huán)03四個(gè)數(shù)字，每位控制一個(gè)數(shù)字，可以清晰觀察到數(shù)字的變化，加快位與位之間的間隙可以使人眼同時(shí)看到四個(gè)數(shù)字。參考文獻(xiàn)1李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.4版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.72郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.13康光華.數(shù)字電路基礎(chǔ)數(shù)字部分M.5版.北京：高等教育出版社，2006.1附件附件一 設(shè)計(jì)總電路圖附件二 源程序附源程序如下 #include <reg51.h> unsigned char code wei=0x08,0x04,0x02,