拉幕式数码显示.docx
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拉幕式数码显示
第1章概述1
单片机的硬件特性与发展趋势1
第2章系统总体方案设计3
第3章硬件设计5
3.1控制模块5
3.2显示模块5
3.3驱动模块6
3.4其他硬件6
3.4.174LS138译码器7
3.4.2时钟电路.7
3.4.3复位电路8
3.5系统硬件原理图8
第4章软件设计及调试9
4.1设计软件9
4.1.1KeilC51软件9
4.1.2Proteus软件9
4.2程序流程图9
4.3程序设计10
第5章系统联调及操作说明15
第6章总结17
第1章概述
近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域。
单片机往往是作为一个核心部件来使用，再根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。
单片机,亦称单片微电脑或单片微型计较机。
它是把中心处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）输入/输出端口（I/0）等首要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计较机。
单片机的硬件特性与发展趋势
1.低功耗CMO化
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW而此刻的单片机普遍都在100mW随着对单片机功耗要求越来越低，此刻的各个单片机制造商根基都采用了CMOS互补金属氧化物半导体工艺）。
80C51就采用了HMOSg卩高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMO互补高密度金属氧化物半导体工艺）。
CMOSS然功耗较低,但因为其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMO则具备了高速和低功耗的特点。
这些特征,更适合于在要求低功耗,电池供电的应用场所。
2.微型单片化
常规的单片机普遍都是将中心处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）只读存储器（ROM）并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW脉宽调制电路）、WDT看门狗）、有些单片机将LCD液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强。
单片机厂商还可以按照用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。
单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小
3.高性能
以往单片机内的ROM为1KA4KB,RAM为64〜128B但在需要复杂工作的场所,该存储容量是不够的,必需进行外接扩充。
为了顺应这种规模的要求,须运用新的工艺,使片内存储器容量增大。
此外单片机进一步改变CPU勺性能能，加速指令运算的速度和提高系统机制的稳定性。
采用精简指令集（RISC）结构和流水线工艺,可以大幅度提高运行速度。
单片机改变了我们的生活,从导弹的导航装配,到飞机上的各类仪表,从计算机的收集通信与数据传输,到工业自动化过程的控制,以及我们生活中普遍使用的各类智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机,单片机有着广阔的应用前景。
本次课程设计的要求是以51系列单片机为核心，以开发板为平台,设计一个拉幕式数码显示系统。
对于要显示的数码1、2、3、
4、5、6、7、8具有比较平滑的拉幕显示效果。
本设计是以AT89C51单片机为核心，结合相关的元器件（共阴极七段LED数码显示器，
74LS138等），再配以相应的软件，达到制作简易的数码显示技术目的，其难点在于程序的编写与调试等。
第2章系统总体方案设计
课题的核心为采用单片机设计一个具有拉幕式数码显示效果的系统，我们可以通过采用AT89C51芯片、74LS138芯片和一片8LED数码显示管进行设计。
用AT89C51单片机的PO.O/ADO—
P0.7/AD7端口接数码管的a—h端,通过编写相应程序，实现从右到左、从左到右的“12345678”的数字显示和从两端到中间
“43211234”的显示，能够比较平滑地看到拉幕的效果。
数码管的公共端固定接地（共阴极）或接正电源（共阳极），直接在I/O线发送相应的字段码即可，为静态显示工作情况。
使每个数码管轮流点亮相应字符再不断循环，从计算机角度看是一个一个显示的，但由于人的视觉暂留效应，只要循环周期足够短，看起来所有数码管都是一起显示的，为动态显示工作情况。
AT89C51芯片总共有40个管脚，其中可做I/O管脚有P0口、P1口、P2口和P3口共32个，我们可以通过选择其中一个口的8个管脚作为输出端接通七段数码显示管，再选择另外一个口接至七段数码显示管的片选端，通过此方式，我们直接通过AT89C51芯片驱动七段数码显示管工作，而无须其他扩展端口。
系统总体框图设计如下：
段码信号
通过选择AT89C51的P0口作为数据传送端口传送数据，在数码管上显示相应的数据，选择P2口的P2.0、P2.1、P2.2三个端口实现对数码管的位选；同时为了使单片机能比较精确工作，夕卜部还需有时钟电路等。
第3章硬件设计
3.1控制模块
对于AT89C51单片机单元，由于其共有40个管脚，其中有32个管脚可作为I/O口用，它们分别为P0口的八个管脚、P1口的八个管脚、P2口的八个管脚和P3口的八个管脚，其中P3口的八个管脚可作串行口、外部中断、定时器、读写控制等特殊用途，当不需要作特殊用途的时候，P3口可作I/O口使用。
AT89C51单
图3.1AT89C51单片机芯片示意图
3.2显示模块
对于数码显示管单元，我选用的是七段数码显示管，七段数码显示管有共阴极和共阳极两种，显示器接口按驱动方式可分为静态显示和动态显示两种方式。
静态显示的优点是显示稳定，亮度高；缺点是占用硬件电路（如I/O口、驱动器等）多。
动态显示的优点是节省硬件电路；缺点是采用软件扫描时占用CPU时间
多，当显示位数较多时，显示器亮度将受到影响。
此系统我们采用的是7段共阴数码显示管、静态显示的工作情况。
7段共阴数码显示管如下图所示：
图3.27段共阴数码显示管硬件图
3.3驱动模块
数码显示管单元中还用到了驱动电阻，如下图所示:
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
3k3
3K3
3k3
3k3
3怕
3k3
t4
►彳
>*
3k3
图3.3驱动电阻电路图
3.4其他硬件
34174LS138译码器
74LS138为3线—8线译码器，其硬件图如下图所示:
U2
74LS138
图3.474LS1383线—8线译码器
3.4.2时钟电路
利用片内振荡电路，将XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器或陶
C1T;
瓷谐振器，构成内部自激振荡器，产生振荡时钟脉冲。
电路中，石英晶体选择12MHz电容器C1和C2对振荡频率有微调作用，取值为30pF。
时钟电路图如下：
X1
CRYSTAL
FREQ=12MHz
图3.5时钟电路
343复位电路
复位电路设计如下图:
R1
IK
图3.6复位电路
3.5系统硬件原理图
系统硬件原理图见附录A所示。
第4章软件设计及调试
4.1设计软件
4.1.1KeilC51软件
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。
是目前最流行开发MCS-51系
列单片机的软件。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。
4.1.2Proteus软件
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCE设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVRARM8086和MSP43等。
4.2程序流程图
程序采用C语言编写，相对用汇编语言编写简单易读，程序流程图也相对简单。
程序主要包括延时子程序段、左移程序段、右移程序段、两端往中间显示程序段。
设计其程序流程图如下图
所示:
4.3程序设计
拉幕式数码显示程序设计思路：
课程设计要求实现从右往左“12345678”、从左往右“87654321”、和从两端往中间“43211234”的数码显示，而7段共阴数码显示管每个时刻只显示了一位数码，要达到这种连续显示的效果，可将段码表分组，取一组段码显示一段时间后，再取下一组显示，如此循环下去，即可看到拉幕式显示效果：
0000001,00000012,00000123,00001234,00012345,00123456,01234567,12345678等。
只要数码管刷新时间够快，由于人眼视觉暂留效应，看起来就像是同时显示8位数，即看到拉幕式数码显示效果。
设计好段码表“00000001234567800000000”，将其分为16组，每次按顺序取其中的一组显示，为了防止人眼看来有闪烁效果，我将每组数码显示了10次，这样就看不到闪烁效果了。
按要求从左往右显示时，只需按顺序反向查一组段码表，即可看到拉幕式显示效果：
1000000,21000000,32100000,43210000,54321000,65432100,76543210,87654321等。
按照类似从右往左移的方法，每组数码显示了10次，就完成了从右往左移的显示设计。
综上，编写子程序段如下：
左移程序段
for（ci=4;ci>0;ci--）/*控制循环4次*/
for（i=0;i<16;i++）/*总共查16组段码*/
{for（cnt=10;cnt>0;cnt--）/*每组刷新10次，防止闪
烁*/
{for（j=0;j<8;j++）
{P2=wei[j];/*位选信号*/
P0=duan[j+i];/*段选信号*/delay（20）;/*延时*/
}
右移程序段
控制循环4次*/
/*总共查16组段码*/
每组刷新10次，防止闪
for（ci=4;ci>0;ci--）/*
for（i=0;i<16;i++）
{for（cnt=10;cnt>0;cnt--）/*
烁*/
{for（j=0;j<=7;j++）
{P2=wei[j];/*位选信号*/
P0=duan[m+i];/*段选信号*/
m--;
delay（20）;/*延时*/}m=7;
}
}
当从两端到中间显示时，以类似的方法，设计4组段码表，分别为“10000001”、“21000012”、“32100123”和“43211234”，同样取一组段码显示一段时间后，再取下一组显示，每组数码显示了10次，即可看到从两端到中间的拉幕式显示效果。
综上，编写子程序段如下：
for（ci=4;ci>0;ci--）/*控制循环4次*/
{
for（cnt=10;cnt>0;cnt--）/*每组刷新10次，防止
闪烁*/
{for（j=0;j<=7;j++）/*位选信号*/
{P2=wei[j];/*段选信号*/
P0=sheet1[j];/*查第一张表*/delay（15）;/*延时*/
}
}
for（cnt=10;cnt>0;cnt--）
{for（j=0;j<=7;j++）
{P2=wei[j];
P0=sheet2[j];/*查第二张表*/delay（15）;
}
}
for（cnt=10;cnt>0;cnt--）
{for（j=0;j<=7;j++）
{P2=wei[j];
P0=sheet3[j];/*查第三张表*/delay（15）;
}
}
for（cnt=10;cnt>0;cnt--）
{for（j=0;j<=7;j++）
{P2=wei[j];
P0=sheet4[j];/*查第四张表*/delay（15）;
}
}
}
第5章系统联调及操作说明
调试主要分为硬件调试和软件调试，由于没有时间做实物，硬件调试在proteus软件中完成。
程序部分是用C语言编写程序的，由于没有专门学习过用C语言来实现对单片机的控制，我又花了许多时间上网找相关资料，在程序编写过程中遇见了各种各样的问题，但都一一解决了。
在编程的过程中，尽量争取使程序简单，可读性强。
通过仿真软件ISIS对写好的程序进行仿真，在此过程中出现显示不正确、数码显示不全、扫描频率太快等难题，最后通过对程序的不断调试，实现从右到左、从左到右的“12345678'
的数字显示和从两端到中间“43211234”的显示，能够比较平滑地看到拉幕的效果。
仿真效果图如下所示：
从右到左“12345678'的数字显示效果：
左移“12345678”的数字显示
从左到右“87654321”的数字显示效果：
两端到中间“43211234”的数字显示
第6章总结
通过两个星期的单片机课程设计，我受益匪浅。
首先，在这次课程设计当中，我将《单片机原理与应用》的教材重新认真复习了一遍，由于以前没认真听过课，这个过程十分痛苦，许多知识点都看不懂，但我没有放弃，遇到不懂的知识点反复思考，仔细推敲，并结合老师的讲义，最终把教材过了一遍，为后来的单片机课程设计打下了一个良好的基础。
在此期间我还阅读了大量各种有关单片机的参考书，这使我对单片机的硬件结构更加清晰，对单片机的软件的设计有了初步的系统的了解，对其中的各种常用的指令更加熟悉，相对于课程设计以前的水平有了很大的提高。
在此次的课程设计当中，虽然最后以C语言来编写这次课程设计的程序，但在此之前我尝试用汇编语言编写程序，使我对使用汇编语言设计程序不再感到陌生，通过对程序的不断修改，我对汇编语言中的各种指令和语句的使用更加熟练，这对我步入使用汇编语言编写程序的大门做了一个很好的铺垫，以后我会更加努力学习用汇编语言来编写大型程序。
其次，在这次课程设计当中，周向红老师的悉心教导，使我对单片机的软件设计与硬件方面的知识有了很大的收获，以前只是停留在理论认识单片机的层次，通过这次课程设计我更加加深了对单片机软件与硬件方面的理解。
最后，在这次课程设计当中，锻炼了我的毅力与恒心。
此次课程设计的难点主要在于程序的编写与调试，在此之前我从未有过此方面的经验，拿到一个要求不知道从何下手。
最后跌跌撞撞的把程序写完了，但调试又遇到了大问题。
许多错误不知道是什么意思，根本不知道从何改起。
我只好定位到错误的地方，在书本上找到相关知识，或者问同学，最后把错误一一排除。
在系统联调时，又遇到了许多问题，如出现显示不正确、数码显示不全、扫描频率太快，我不断的修改程序、修改方案，最终在我的不懈努力下完成了拉幕式数码显示的课程设计，这种成功后的喜悦溢于言表，最重要的是在此期间我的意志力得到了锻炼，这应该是我这次课程设计的最大收获！
图理原统系
需LTIM
附录1系统原理图
■4
Q—L
Q—w—
■1
■■—二尸
L
11
1.II11
L1
丿％
1
§
附录2程序清单#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/*右移与左移的段码显示*/ucharduan[]=
{0,0,0,0,0,0,0,
0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0,0,0,0,0,0,0,0};
/*两边往中间的段码显示*/ucharsheet1[8]={0x06,0,0,0,0,0,0,0x06};
ucharsheet2[8]={0x5b,0x06,0,0,0,0x06,0x5b};
ucharsheet3[8]={0x4f,0x5b,0x06,0,0,0x06,0x5b,0x4f};uchar
sheet4[8]={0x66,0x4f,0x5b,0x06,0x06,0x5b,0x4f,0x66};
uintwei[8]={0,1,2,3,4,5,6,7};
voiddelay（uintms）/*延时子程序*/{
uintt0,t1;
for（t0=ms;t0>0;t0--）for（t1=15;t1>0;t1--）;
}
voidmain（）
{uinti,j,k,m,cnt,ci;k=10;
m=7;while
（1）{
/*左移程序段*/
for（i=0;i<16;i++）/*总共查16组段码*/
{for（cnt=10;cnt>0;cnt--）/*每组刷新10次，防止闪
烁*/
{for（j=0;j<8;j++）
{P2=wei[j];/*位选信号*/
P0=duan[j+i];/*段选信号*/delay（20）;/*延时*/
}
}
}
*/*/
/*右移程序段*/
烁*/
{for（j=0;j<=7;j++）
{P2=wei[j];/*位选信号*/
P0=duan[m+i];/*段选信号*/m--;
delay（20）;/*延时*/
}
m=7;
}
}
/*两边往中间的程序段*/
for（ci=4;ci>0;ci--）/*控制循环4次*/
{
for（cnt=10;cnt>0;cnt--）/*
每组刷新10次，防止
闪烁*/
{for（j=0;j<=7;j++）
/*位选信号*/
{P2=wei[j];
/*段选信号*/
P0=sheet1[j];/*
查第一张表*/
delay（15）;/*
}
延时*/
}
for（cnt=10;cnt>0;cnt--）
{for（j=0;j<=7;j++）
{P2=wei[j];
/*查第二张表*/
P0=sheet2[j];
delay（15）;
}
for（cnt=10;cnt>0;cnt--）{for（j=0;j<=7;j++）
{P2=wei[j];P0=sheet3[j];delay（15）;
}
}
for（cnt=10;cnt>0;cnt--）{for（j=0;j<=7;j++）
{P2=wei[j];
P0=sheet4[j];
/*查第三张表*/
/*查第四张表*/
delay（15）;
}
}
}
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