单片机 课程设计实验报告.docx

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单片机课程设计实验报告

《单片机原理及应用实验》

题目：

动态数码显示技术

院（系）信息科学与工程学院

专业通信工程

届别2012级

班级1班

学号

姓名

任课老师

动态数码显示技术

摘要：

本设计利用51单片机为核心，实现数码管的动态显示。

通过检测按键状态来分别连续显示数字和字母。

硬件电路采用单片机开发板中的锁存器74HC573和4位数码管，软件部分使用常用的单片机程序编译器KeilC51和烧写软件STC-ISP，分别用汇编语言实现了了主程序、延时程序和数字/字母显示子程序，算法实现简单，流程明确，具有较好的扩展性。

整个系统经过不断调试，最终实现预期的设计要求。

关键词：

51单片机74HC5734位数码管汇编

1.系统设计

1.1设计要求

利用数码管动态显示技术，使用开关控制数码管的显示状态，当开关接高电平时，显示“54321”字样，当开关接低电平时，显示“NIHAO”字样。

通过简单修改程序，可以实现流水灯效果或者移动数字和字母显示的位置。

1.2系统设计方案

1.2.1系统设计思路

本设计的目的在于连续显示5个数字或者字母，显示的方法为动态显示技术，利用51单片机和数码管可以容易实现设计要求。

需要解决的问题是如何利用好单片机的I/O口和片内资源、数码管动态显示的方法、控制按键信号的方式（包括按键终端和高低电平状态监测方式）。

1.2.2设计方案对比

方案一：

采用51单片机+5个数码管

图1单片机驱动一个数码管显示电路

如图1所示，采用每个数码管接I/O口的方式，因为数码管的段选信号需要占用8个端口，所以采用这种方式，一个单片机最多也只能接4个数码管，而且无法利用端口获得按键信息，获得高低电平信号来控制显示状态，需要添加一块单片机才可以满足系统要求。

次方案成本高，资源利用率低，效率低下。

方案二：

采用51单片机+4位数码管+译码器+锁存器

图2译码器+锁存器的数码管动态显示

如图2所示，采用4位数码管，采用译码器74HC138控制数码管的位选，增强驱动能力的同时还可以节省单片机的端口，只需要3个I/O口就可以利用译码功能实现8位数码管的位选信号控制。

74HC573是锁存器，保存数码管的段选信号，直接用单片机的P0端口控制即可。

方案三：

采用51单片机+4位数码管+2个锁存器

（a）锁存器电路

（b）4位数码管电路

图3（a）、（b）锁存器动态数码显示电路

如图3所示，采用4位数码管，利用2个锁存器作为数码管的位选和段选信号，由于锁存器74HC573可以利用使能端口控制输出口的信号，只要P1口就可以控制2个锁存器，比方案二进一步提高I/O口的利用率。

方案总结：

通过三个方案的对比，发现利用方案三可以最大化利用硬件资源，而且软件实现也比较简单。

所以本设计采用方案三。

1.2.3系统工作原理

1.2.3.1数码管动态显示技术

（1）四位数码管的定义

四位数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。

能显示4个数码管叫四位数码管。

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。

（2）4位数码管的驱动方式

　　1、静态驱动也称直流驱动。

静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。

静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：

），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。

2、数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a，b，c，d，e，f，g，dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路。

位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

1.2.3.2锁存器74HC573

1、74HC573和74LS373原理一样，8数据锁存器。

主要用于数码管、按键等等的控制。

2.高阻态：

就是输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗的状态；在这种状态下，可以多个芯片并联输出；但是，这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态，否则会将芯片烧毁；

3.数据锁存：

当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持。

真值表：

第四行：

当OE＝1是，无论Dn、LE为何，输出端为高阻态；

第三行：

当OE＝0、LE＝0时，输出端保持不变；

第二行第一行：

当OE＝0、LE＝1时，输出端数据等于输入端数据。

2.软件设计

2.1软件设计平台

本设计采用单片机开发板HY510，硬件资源如图4所示。

图4开发板

⏹编译器：

KeilC51V8.09

⏹烧写器：

STC-ISPV4.99+CH340USB烧写器

本设计采用KeilC51进行程序的调试和编译，利用烧写器STC-ISP进行烧写。

图5STC-ISP烧写器界面

2.2程序流程图

图6主程序流程图

图7数字/字母显示子程序

（1）程序起始地址

51单片机的程序空间的0000H、0003H、000BH、0013H、001BH、0023H分别为复位、外部中断0、定时/计数器0、外部中断1、定时/计数器1和串行口的中断入口地址。

如果程序不用中断，可以让程序从0000H开始一直连续编下去。

（2）位选和段选信号的切换

利用锁存器74HC573的锁存功能，程序先将控制段选信号的锁存器的使能端打开，此时锁存器输出端等于由P1口输出的段选信号,每个数码管都能收到这个段选信号，但是由于需要动态显示，所以需要利用位选信号来决定点亮哪个数码管。

因为位选和段选信号都是由P1口送出，所以在送出位选信号给另一个锁存器之前，需要先将段选的锁存器锁住，无论P1口为什么信号，段选锁存器输出都保存不变。

然后将位选锁存器使能打开，由P1口送出位选信号，位选锁存器输出就能与P1口的信号，8个数码管就可以根据位选信号决定哪个数码管点亮。

2.3程序清单

见附录1

3.系统测试

3.1系统的性能指标

系统设计的最终效果要达到数码管动态显示，数字的显示顺序正确，显示的稳定性良好，不能出现抖动等现象。

3.2测试方法与步骤

1.利用烧写器将程序烧写到单片机开发板中；

2.打开开发板电源，观察数码管是否从左到右稳定显示数字“54321”；

3.按下开发板上的开关S20，观察数码管是否立即显示“NIHAO”，跳变过程是否快速，显示是否稳定；

4.松开按键，数码管又能重新显示“54321”；

3.3仪器设备名称、型号

设备名称

型号

单片机开发板

HY510

烧写器

CH340

烧写软件

STC-ISPV4.88

3.4测试数据、图表

图8上电显示54321

图9按住按键显示字母NIHAO

4.结论

实验结果显示，系统设计符合课程设计的要求，动态显示结果正确、稳定。

参考文献

[1]贺哲荣,甄旭.MCS-51系列单片机实用编程88例.中国电力出版社，2011.2

[2]张友德,涂时亮,赵志英.单片微型机原理、应用与实验：

A51版.复旦大学出版社，2012.3

[3]张友德,涂时亮,赵志英.单片微型机原理、应用与实验：

C51版.复旦大学出版社，2010.12

[4]赵建领,崔昭霞.精通51单片机开发技术与应用实例.电子工业出版社，2012.6

附录1

;程序开始

ORG0000H;复位后起始执行地址

MAIN:

JBP3.0,SKIP_DISP_NUM;如果按键没有按下，则P3.0口的电平为高电平，调用数字显示子程序

JNBP3.0,SKIP2_DISP_CHAR;如果按键按下，则P3.0口的电平为低电平，调用字母显示子程序

SKIP_DISP_NUM:

LCALLDISP_NUM

AJMPMAIN;;跳转至主程序循环

SKIP2_DISP_CHAR:

LCALLDISP_CHAR

AJMPMAIN;;跳转至主程序循环

;############################################

;延时

DELAY:

MOVR3,#20

D_LOOP1:

MOVR4,#20

DJNZR4,$

DJNZR3,D_LOOP1

RET

;显示数字

DISP_NUM:

;送5

SETBP2.0;;将P2.0都置1；打开段选，锁存器输出等于输入

MOVP1,#0x92;;P1送段选

CLRP2.0;;将P2.0都置0；锁住段选信号

SETBP2.1;;打开位选

MOVP1,#0x01;;P1送位选

CLRP2.1;;锁住位选

ACALLDELAY;;延时10ms

;送4

SETBP2.0;;打开段选

MOVP1,#0x99;;P1送段选

CLRP2.0;;锁住段选信号

SETBP2.1;;打开位选

MOVP1,#0x04;;P1送位选

CLRP2.1;;锁住位选

LCALLDELAY;;延时10ms

;送3

SETBP2.0;;打开段选

MOVP1,#0xb0;;P1送段选

CLRP2.0;;锁住段选信号

SETBP2.1;;打开位选

MOVP1,#0x02;;P1送位选

CLRP2.1;;锁住位选

LCALLDELAY;;延时10ms

;送2

SETBP2.0;;打开段选

MOVP1,#0xa4;;P1送段选

CLRP2.0;;锁住段选信号

SETBP2.1;;打开位选

MOVP1,#0x08;;P1送位选

CLRP2.1;;锁住位选

LCALLDELAY;;延时10ms

;送1

SETBP2.0;;打开段选

MOVP1,#0xf9;;P1送段选

CLRP2.0;;锁住段选信号

SETBP2.1;;打开位选

MOVP1,#0x10;;P1送位选

CLRP2.1;;锁住位选

LCALLDELAY;;延时10ms

RET

;显示字母

DISP_CHAR:

;送N

SETBP2.0;;将P2.0都置1；打开段选，锁存器输出等于输入