八段数码管课程设计报告.docx
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八段数码管课程设计报告
武汉工程大学
计算机科学与工程学院
综合设计报告
设计名称：
基础软件综合设计
设计题目：
八段数码管显示课程设计
学生学号：
0905020112
专业班级：
2009网络工程1班
学生姓名：
刘晓磊
学生成绩：
指导教师（职称）：
郑更生（副教授）
课题工作时间：
2011-9-12至2011-9-2
说明：
1、报告中的第一、二、三项由指导教师在综合设计开始前填写并发给每个学生；四、五两项（中英文摘要）由学生在完成综合设计后填写。
2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩。
3、指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个设计期间的平时表现、设计完成情况、报告的质量及答辩情况，给出客观、全面的评价。
4、所有学生必须参加综合设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理。
答辩小组成员应由2人及以上教师组成。
5、报告正文字数一般应不少于5000字，也可由指导教师根据本门综合设计的情况另行规定。
6、平时表现成绩低于6分的学生，其综合设计成绩按不及格处理。
7、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式（适用于学院各类综合设计），各教研室可根据本门综合设计的特点及内容做适当的调整，并上报学院批准。
成绩评定表
学生姓名：
学号：
班级：
类别
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
平时表现
10
10
按时参加综合设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。
完成情况
30
20
按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。
10
能对其设计内容进行详细、完整的介绍，并能就指导教师提出的问题进行正确的回答。
报告质量
35
10
报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理；报告字数符合相关要求，工整规范，整齐划一。
5
课题背景介绍清楚，综述分析充分。
5
设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强，具有说服力。
5
符号统一；图表完备、符合规范要求。
5
能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果。
5
参考文献数量在3篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。
答辩情况
25
10
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。
15
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
总评成绩：
分
补充说明：
指导教师：
（签字）
日期：
年月日
答辩记录表
学生姓名：
刘晓磊学号：
0905020112班级：
网络工程01班
答辩地点：
计算机学院L319
答辩内容记录：
答辩成绩
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
25
10
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。
15
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
答辩小组成员（签字）：
年月日
指导教师评语
指导教师：
（签字）
日期：
年月日
一、综合设计目的、条件、任务和内容要求：
本次综合设计的目的是让学生学会用C语言写程序来驱动51单片机，并通过超想综合实验仪的8155键显模块来实现八段数码管的显示，通过设计了解单片机软件开发流程，特别是软件设计和编程知识，并熟练掌握综合设计报告的书写格式，为以后毕业设计论文书写打下基础。
设计提供条件包括：
（1）一台超想-3000TB综合实验仪；
（2）一个超想3000仿真器；
（3）一台计算机。
设计的主要任务是用C51语言写程序来驱动Atmel89C51单片机，并通过超想综合实验仪的8155键显模块来实现八段数码管的显示。
设计内容要求：
1.根据应用系统结构规模的要求，掌握单片机外部扩充系统硬件设计的基本过程；
2.根据任务要求和硬件设计要求，首先画出程序的总体流程图，然后进行各控制模块的程序设计；
3.掌握如何应用单片机仿真器来开发应用系统及仿真调试的过程；
4.利用实验仪提供的显示电路,动态显示一行数据；
。
指导教师签字：
年月日
二、进度安排：
第一阶段：
需求分析和功能分析：
5学时
第二阶段：
程序设计：
25学时，
第三阶段：
程序编码和调试：
10学时
第四阶段：
设计报告撰写：
10学时（课外）
三、应收集资料及主要参考文献：
[1]徐惠民、安德宁，《单片微型计算机原理接口与应用（第1版）》[M]．北京：
北京邮电大学出版社，2005.
[2]李广第等，《单片机基础（第1版）》[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2006.
[3]谭浩强，《C程序设计》[M]．.北京：
清华大学出版社，2006.
[4]汤竞南沈国琴,《51单片机C语言开发与实例》[M]．北京：
人民邮电出版社，2008.
[5]李学海，《经典8051单片机轻松入门与上手》[M]．北京：
清华大学出版社，2009.
[6]王永军，李景华，《数字逻辑与数字系统》[M]．北京：
电子工业出版社，2011.
目录
摘要I
AbstractII
第一章课题背景1
1.1单片机介绍1
1.2单片机的工作过程1
1.3单片机的应用2
第二章设计简介及设计方案论述4
2.1设计简介4
2.2设计方案4
第三章详细设计5
3.1实验线路5
3.2实验说明5
3.3程序框图7
第四章实验测试8
总结9
致谢10
附录：
程序代码11
参考文献13
摘要
本次课程设计主要是以单片机程序设计和需求分析和功能分析为主。
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能，集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
在我们的生活中，很多方面上都要用到单片机。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。
因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
本次课程设计主要是实现八段数码管的动态显示设计，需对KeilC51软件，8155I0/RAM扩展芯片的工作原理、74LS164器件的工作原理、延时程序的方法以及数码管动态显示的工作原理非常熟悉。
关键字：
单片机；工作原理；需求分析；功能分析
Abstract
Thecurriculumdesignprocessmainlybasedonsingle-chipdesignandrequirementsanalysisandfunctionalanalysisofthemain.SCMisanintegratedcircuitchip,istheuseofVLSItechnologytoadataprocessingcapabilityofcentralprocessingunitCPUrandomaccessmemoryRAM,read-onlymemoryROM,avarietyofI/Oportandinterruptsystem,timers/timerotherfunctions,integratedintoasiliconwaferconsistingofasmallbutcompletecomputersystems.Inourlife,tobeusedinmanyaspectsofSCM.SCMnowpermeateallareasofourlives,whichisalmostdifficulttofindtracesofthefielddoesnotchip.Missilenavigationequipment,aircraftcontrolavarietyofinstruments,computernetworkcommunicationsanddatatransmission,industrialautomation,processcontrolandreal-timedataprocessing,widelyusedinvarioussmartICcard,civilianluxurycarsecuritysystem,videorecorder,cameras,automaticwashingmachinecontrol,andprogram-controlledtoys,electronicpets,etc.,whichareinseparablefromthemicrocontroller.Nottomentionthefieldofroboticautomation,intelligentinstrumentation,medicalequipmentandavarietyofintelligentmachines.Therefore,theMCUlearning,developmentandapplicationofthelargenumberofcomputerapplicationsandintelligentcontrolofthescientists,engineers.Thecoursesareprimarilydesignedtoachieveeightoutofdynamicdigitaldisplaydesign,theneedfortheKeilC51software,8155I0/RAMexpansionofthechipworks,74LS164deviceswork,delaytheprogramdynamicdisplaymethods,anddigitalworkprincipleisveryfamiliar.
Keywords:
SCM;workingprinciple;requirementsanalysis;functionalanalysis
第一章课题背景
1.1单片机介绍
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。
概括的讲：
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。
我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！
它主要是作为控制部分的核心部件。
它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。
单片机是靠程序运行的，并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。
一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！
但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！
只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！
1.2单片机的工作过程
单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。
为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。
存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。
程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。
1.3单片机的应用
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。
因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：
1.在智能仪器仪表上的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。
2.在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管芯片理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
3.在家用电器中的应用
可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。
4.在计算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。
5.单片机在医用设备领域中的应用
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
6.在各种大型电器中的模块化应用
某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。
如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。
如：
音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。
在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。
7.单片机在汽车设备领域中的应用
单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。
此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
第二章设计简介及设计方案论述
2.1设计简介
本次单片机设计采用的是超想—3000TB综合实验/仿真系统超想-3000TB综合实验仪摒弃了传统实验仪的“单板式”设计方法，而采用了符合单
片机开发过程的“仿真式”综合设计思想，使得所有的实验模块及CPU资源均全力对用户开放，从而充分满足“验证式”→“模仿式”→“探索式”→“开发式”的由浅入深的各种实验要求。
并且，实验平台作为一个独立的目标系统，能让用户进行脱机验证实验结果的实验，从而，使实验步骤与实际开发环境完全一致，学以致用。
同时，仿真工具作为一个可独立使用的仿真器，从而，又可满足学生毕业设计、电子竞赛、教师科研所需，达到一机多用之目的。
我们这次课程设计的主要目的主要是用C51语言写程序来驱动Atmel89C51单片机，并通过超想综合实验仪的8155键显模块来实现八段数码管的显示。
2.2设计方案
在本次课程设计开始时，我们先通过运行超想-3000TB软件中附带的各种单片机程序以及实验一些简单的操作来熟悉该软件的使用，以方便我们在接下来的实验阶段能够更顺利的进行下去。
在熟悉了超想-3000TB软件之后，我们便开始了八段数码显示管的实验。
首先我们需要了解数码管动态显示的原理以及了解74LS164扩展端口的方法，并利用实验仪提供的显示电路，动态显示一行数据。
当然，在能够显示一行数据前，我们必须先要熟悉超想-3000TB软件的参数设置，然后用C语言进行程序设计，最后将程序烧录到51单片机中，让实验仪动态显示一行数据。
第三章详细设计
3.1实验线路
图3-1
3.2实验说明
1、本实验仪提供了8段码数码管显示电路，学生只要按地址输出相应数据，就可以实现对显示器的控制。
显示共有6位，采用动态方式显示。
8段数码管是由8155的PB0、PB1经74LS164“串转并”后输出得到。
6位位码由8155的PA0口输出，经uA2003反向驱动后，选择相应显示位。
74LS164是串行输入并行输出转换电路，串行输入的数据位由8155的PB0控制，时钟位由8155的PB1控制输出。
写程序时，只要向数据位地址输出数据，然后向时钟位地址输出一高一低两个电平就可以将数据位移到74LS164中，向显示位选通地址输出高电平就可以点亮相应的显示位。
本实验仪中数据位输出地址为0e102H，时钟位输出地址为0e102H，位选通输出地址为0e101H。
2、七段数码管的字型代码表如下表：
图3-2
表3-1
3.3程序框图
图3-3
第四章实验测试
单片机应用系统的调试包括硬件和软件两部分，但是它们并不能完全分开。
一般的方法是排除明显的硬件故障，再进行综合调试，排除可能的软硬件故障。
拿到电路板后，首先要检查加工质量，并确保没有任何方面的错误，如短路和断路，尤其要避免电源断路，元器件在安装前要逐一检查，用万用表测其数值，看是否与所用相同，若一切正常，才能讲扩展单片机连接仪器和电脑，在此检查是否能与电脑通信，然后再使用软件加载程序，最后观察实验结果。
本次实验的实验结果与预期结果基本一致，能够正确显示预期的数字并进入循环。
图4-1
总结
通过这次实验让我们对单片机有了一定的了解，在以前，我们从来不了解单片机，更不知道单片机有什么作用。
通过这次做实验我们也查了不少关于单片机的资料，对单片机有了一个全新的认识，为以后的学习奠定了基础。
通过这次课程设计我发现，理论结合实际是非常重要的，在课程设计刚开始的时候，我们先是学习了一些单片机的一些基本原理，但是我们实际并不知道单片机是怎样工作的，通过实际操作，我们对单片机有了更深刻的认识，也知道了理论联合实际的重要性，也从中得到了很多书本上无法获得的知识。
自己今后将会更加的把理论知识和实际应用结合起来，提高自己的能力。
同时我们也要感谢老师对我们的帮助，我们虽然学的专业和这次课程设计的内容有所不同，但是多学一些对我们也有莫大的好处。
致谢
经过两个星期的时间，我们终于完成了这次课程设计，在这次课程设计中，我们碰到了不少的困难，但是在同学和老师的帮助下，最后成功的完成了本次课程设计。
尤其要感谢郑更生老师，在课程设计过程中，同学们碰到不少困难和问题，但是郑更生老师没有丝毫的不耐烦，认真的回答了我们所有问题，不论问题的难易。
同时，也感谢郑老师带来的研究生学长，本来他们没有义务为我们解答任何问题，但是在郑老师不在的时候，我们问他问题的时候，他也认真的帮我们解决困难。
最后，在这里再次感谢老师，同学们和研究生学长的帮助与支持。
附录：
程序代码
#include
#defineLEDLen6
#definemode0x03;
#defineCAddrXBYTE[0xe100]/*控制字地址*/
#defineOUTBITXBYTE[0xe101]/*位控制口*/
#defineCLK164XBYTE[0xe102]/*段控制口（接164时钟位）*/
#defineDAT164XBYTE[0xe102]/*段控制口（接164数据位）*/
#defineINXBYTE[0xe103]/*键盘读入口*/
unsignedcharLEDBuf[LEDLen];/*显示缓冲*/
codeunsignedcharLEDMAP[]={/*八段管显示码*/
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71
};
v
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