单片机原理及应用课程设计IO并行口直接驱动LED显示河北建院.docx

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单片机原理及应用课程设计IO并行口直接驱动LED显示河北建院

第一节总体设计

一、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0.5秒。

二、总体设计思路

1、硬件设计思路及系统框图

2、软件设计思路及程序流程框图

三、总体设计方案说明

设计的“I/O并行口直接驱动LED显示”采用AT89C51单片机作为主控制芯片，用LED作为端口输出器件。

由AT89C51单片机、时钟电路构成一个基本的单片机系统。

再在外部I/O口引脚上连接8位LED数码管用于显示数据，LED数码管采用动态显示方式工作。

系统框图如下所示：

LED数码管

AT89C51

时钟电路

系统总的电路原理图为：

第二节硬件设计

一、硬件介绍

1、AT89C51

AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的8位机产品。

89C51单片机由CPC、内部数据存储器、内部程序存储器、定时/计数器、并行输入/输出（I/O）口、串行口、中断控制系统、时钟电路等部分组成。

89C51单片机芯片有40只引脚，其大致可以分为四类即电源、时钟、控制引脚、I/O口引脚。

其功能如下：

（1）、电源

电源引脚用来接入单片机的工作电源。

：

正常运行时的电源，接+5V。

：

电源地线，接地端

（2）、时钟

两个时钟引脚XTA1、XTA2外接晶体与片内的反相放大器构成了一个振荡器，为单片机提供时钟控制信号，两个时钟引脚也可以外接独立的晶体振荡器。

XTAL1:

此引脚内部是1个片内振荡器的反相放大器的输出端。

如使用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。

XTAL2：

此引脚内部接至内部反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入。

当使用外部晶体振荡器时，接收外部时钟晶体振荡器的信号。

（3）、控制引脚

/

：

ALE为地址所存允许信号，工作时输出一正脉冲。

为此引脚的第二功能，在对片内EPROM型单片机编程写入时，此引脚为编程脉冲输入端。

：

外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。

当CPU执行从外部程序存储器读取指令时，此引脚输出一低电平信号。

：

复位信号的输入端，高电平有效。

在该引脚加上持续时间大于两个机器周期的高电平信号，就可以实现8051的复位操作。

VPD为此引脚的第二功能，即备用电源的输入端。

：

为内外程序存储器选择控制端。

（4）、I/O口引脚

89C51单片机共有四个8位并行I/O，共32个引脚。

P0口（P0.0-P0.7）：

8位双向I/O口。

当访问外部存储器时，为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口。

P1口（P1.0-P1.7）：

8位准双向I/O口。

为通用单一功能的I/O端口。

P2口（P2.0-P2.7）：

8位准双向I/O口。

系统扩展时，作为高8位地址线使用；不作系统扩展时，可作为一般I/O口使用。

P3口（P3.0-P3.7）：

8位准双向I/O口。

双功能复用口，可做一般I/O使用，同时该口的每一位都具有第二功能，用于特殊信号输入/输出和控制信号（属控制总线）。

图2.1AT89C51单片机模块图

2、LED显示器

LED显示器有静态和动态两种工作方式。

LED显示器工作在静态显示方式下，,B共阴极或共阳极连接在一起，然后接地或+5V，每位的段选线（A,B,…,G,H）与一个8位并行口相连。

这样只要在每一位的段选线上保持段选码电平，该位就能就能保持相应的显示字符。

在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位的I/O口控制，即控制段选码而共阴极点或共阳极点分别由相应的I/O线控制即控制位选码，这就是动态显示。

图2.2LED显示器

3、时钟电路

CPU的工作是依赖于时钟节拍的，如果没有时钟信号，CPU将停止工作。

8284就是一个为89C51CPU提供时钟信号的时钟发生器。

8284有两种产生时钟信号的方法，选择外部输入信号或接晶体振荡器。

在PC机中8284的F/C脚接地，由XTAL1和XTAL2两个脚外接晶体振荡器来形成89C51的时钟脉冲。

晶体振荡器的工作频率是12MHz。

图2.3时钟电路电路图

4、复位电路

图2.4复位电路电路图

5、输出电路

图2.5输出电路电路图

二、系统原理图

把“单片机系统”区域中的P0.0/AD0－P0.7/AD7端口用8芯排线连接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一个数码管的a－h端口上；要求：

P0.0/AD0与a相连，P0.1/AD1与b相连，P0.2/AD2与c相连，……，P0.7/AD7与h相连。

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式，可分成共阴极型和共阳极型。

所以分为I/O并行口直接驱动共阴LED显示和共阳LED显示。

图2.6I/O并行口直接驱动共阴LED显示

图2.7I/O并行口直接驱动共阳LED显示

三、元器件清单

元件名称

元件用途

AT89C51

控制核心

电容

时钟电路

晶振

时钟电路

LED显示器

数据输出

电阻

复位电路

电解电容

复位电路

RESPACK

输出电路

74LS04

输出电路

表2.1

第三节软件设计

一、原理分析

（1）、LED数码管的g~a七个发光二极管因加正电压而发亮，因加零电压而不以发亮，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之为字形码，下面给出共阴极的字形码见下表：

76543210=P0.7--P0.0

3FH=00111111在共阳极型中543210为高电平，加个反向器就为为低电平信号，同时对应发光二极管因发亮.（在共阳极型7SEG-COM-AN中输入为低电平信号对应发光二极管因发亮.）

“0”

3FH

00111111

“5”

6DH

01101101

“1“

06H

00000110

“6”

7DH

01111101

“2”

5BH

01011011

“7”

07H

00000111

“3”

4FH

01001111

“8”

7FH

01111111

“4”

66H

01100110

“9”

6FH

01101111

（2）由于显示的数字0－9的字形码没有规律可循，只能采用查表的方式来完成我们所需的要求了。

这样我们按着数字0－9的顺序，把每个数字的笔段代码按顺序排好！

建立的表格如下所示：

TABLE　DB　3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH

二、程序框图

根据系统控制任务与要求，系统软件流程图如图所示。

图3.1

三、汇编源程序

ORG0000H

LJMPSTART

ORG0030H

START:

MOVR1,#00H；R1清0。

NEXT:

MOVA,R1；R1中的值送入A。

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR；将ROM中的内容送入A。

MOVP0,A；将A中的内容送入P0口。

LCALLDELAY；转向延时子程序。

INCR1；R1减1.

CJNER1,#10,NEXT；判断是R1是否为10，否则转向NEXT程序

LJMPSTART；转向START程序。

DELAY:

MOVR5,#25；单周期指令为1us时间。

DEL2:

MOVR6,#40；单周期指令为1us时间。

DEL1:

MOVR7,#248；单周期指令为1us时间。

NOP；单周期指令为1us时间。

DEL0:

DJNZR7,DEL0；单周期指令为2us时间。

DJNZR6,DEL1；单周期指令为2us时间。

DJNZR5,DEL2；单周期指令为2us时间。

RET

TABLE:

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

END

四、程序主程序：

ORG0000H

LJMPSTART

ORG0030H

START:

MOVR1,#00H

五、程序子程序：

1、延时子程序

DELAY:

MOVR5,#25

DEL2:

MOVR6,#40

DEL1:

MOVR7,#248

NOP

DEL0:

DJNZR7,DEL0

DJNZR6,DEL1

DJNZR5,DEL2

RET

2、循环子程序

NEXT:

MOVA,R1

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

INCR1

CJNER1,#10,NEXT

第四节联合调试

操作过程

1、打开ProteusISIS，打开所画原理图

2、双击AT89C51，在弹出的EditComponent对话框ProgramFile一栏中选择在Keil中产生的example.hex文件，单机OK按钮。

按Ctrl+S保存设计。

3、单击Debug菜单栏中选择8051CPU/Registers-U1,8051CPU/SFRMemory-U1和8051CPU/Internal（IDATA）Memory-U1命令弹出三个窗口。

4、按F11但步运行程序观察各寄存器和存储单元的内容变化。

5、按结束按钮结束调试

6、按开始按钮进行仿真运行

图4.1

第五节结束语

经过多天的努力，终于完成了此次设计，设计出了汇集外观精美、方便实用、功能强大的I-O并行口直接驱动共阴LED显示器。

顺利完成了此次设计的任务。

原理图的设计时，我们使用了Protues这个强大的绘图工具，由于一些实际的器件在元件库中无法找到，我们只有自己制作，在这个过程中我们学到了很多的知识和方法。

同时我们明白实践是出真知的唯一途径，只有亲自动手，才能获得最可靠的设计数据。

程序的编写过程也给了我们很大的收获。

在编写程序之前，我们查阅了相关资料，力求做到规范清晰。

在把握整体思路之后，我们先从程序流程图着手，将整个程序分成若干块，分开编写，一边发现问题一边解决问题，并在实验板上检验程序测试情况，根据现象不断修改。

在整个过程中我们体会到编程的技巧，设置子程序的合理性，同时对单片机最小系统的设计有了整体的理解和深刻的体会，使我们的思维的锻炼与能力的培养有了很大的提高和长足的进步。

课程设计是一次很好的实践动手机会，通过实践，我们的知识得到了应用，真正实现了知识的学以致用，理论联系实践，我们会更加注重实践能力的锻炼，注重动手能力的培养。

第六节参考文献

【1】陈宁，王文宁.单片机技术项目教程【M】.南京：

东南大学出版社，2008

【2】蒋辉平、周国雄.基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例【M】.北京：

机械工业出版社，2009

【3】薛峰.单片机原理及应用【M】.北京：

北京理工大学出版社，2011