学士学位论文基于单片机的四位计数显示系统设计.docx
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学士学位论文基于单片机的四位计数显示系统设计
密级：
JINGGANGSHANUNIVERSITY
本科毕业论文（设计）
题目基于单片机的四位计数显示系统设计
学院机电工程学院
专业电气工程及其自动化
班级09电气本
（1）班
学号90614011
姓名徐祥平
指导教师吴文通
起讫时间2013.01～2013.05
教务处印制
基于单片机的四位计数显示系统设计
作者：
徐祥平
（井冈山大学机电工程学院，江西 吉安 343009）
指导老师：
吴文通
[摘要]在工业自动化控制和常见的显示中，需要计数显示的场合非常多,目前大多采用可编程序控制器（PLC）或单片机单独控制。
用PLC控制，输出点数较多；用单片机控制，可靠性较差；且这两种方案在安装或维修时不方便。
本文根据模块化设计思想采用STC-89C52单片机、555电路和5寸数码管，制作四位计数显示系统，计数信号由PLC输出，电路实用可靠，性能稳定，稍作调整还可适合其它计数显示装置。
具有加1与减1计数并显示和复位功能。
各方面应用广泛，电路简单实用。
适用于工厂中袋装等形状大小基本相同并有可能紧挨相连的产品计数显示，实用性强，推广性强。
单片机的应用给广大的人民生产生活带来了便利，是各种计数显示系统的基本。
[关键词]单片机；计数；显示；555电路；数码管
Fourcountdisplaysystemdesignbasedonsinglechipmicrocomputer
Candidate：
XiangpingXu
Supervisor：
WentongWu
[Abstract]Intheindustrialautomationcontrolandcommondisplay,needtocountaccordingtocircumstanceverymuch,nowmostlyadoptstheprogrammablecontroller（PLC）andsinglechipmicrocomputercontrolalone.WithPLCcontrol,theoutputpointsmore;Usingsingle-chipmicrocomputercontrol,poorreliability;Andthesetwokindsofsolutionsisnotconvenientduringinstallationormaintenance.BasedonmodulardesignideatheonSTC-89c52,5inchdigitaltubecircuitand555,makingfourcountdisplaysystem,countingsignalisoutputbyPLC,thecircuitispracticalandreliable,stableperformance,withalittletweakingcanalsosuitableforothercounterdisplayunit.Add1and1countanddisplay,andresetfunctions.Widelyusedinallaspects,circuitissimpleandpractical.Applytofactorypackagedsobasicallytheshapesizeandislikelytoclosetoconnectedtotheproductcount,accordingtothepracticalstrong,powerfulgeneralization.
MCUapplicationtothepeople'sproductionandlifebroughttheconvenience,thecountingdisplaysystemisvariousbasic.
[Keywords]SCM;count;display;555circuit;digitaltube
中文摘要......................................................................................................................Ⅰ
英文摘要......................................................................................................................Ⅱ
目录..............................................................................................................................Ⅲ
第一章毕业设计任务要求与原理方框图...............................................................1
1.1本毕业设计目的.................................................................................................1
1.2设计任务.............................................................................................................1
1.3设计要求.............................................................................................................1
1.4四位计数显示系统原理图................................................................................2
1.5设计原理.............................................................................................................2
第二章单片机相关知识............................................................................................3
2.1单片机发展史.....................................................................................................3
2.2单片机的应用领域.............................................................................................4
2.3单片机的发展方向.............................................................................................5
2.4单片机内部介绍及选型.....................................................................................5
2.4.2单片机内部介绍及选型.............................................................................5
2.4.2STC89C52单片机选型及参数..............................................................10
第三章LED数码管的基本原理................................................................................12
第四章四位计数显示系统硬件方面设计................................................................14
4.1555单稳态触发电路..........................................................................................14
4.2各个电路模块设计............................................................................................15
4.3输入电路设计及基本原理...............................................................................19
4.4输出电路设计及基本原理...............................................................................20
4.5系统总电路.........................................................................................................21
第五章系统软件编程设计.........................................................................................23
5.1单片机语言基础.................................................................................................23
5.2C51函数...............................................................................................................26
5.3程序设计..............................................................................................................28
第六章系统总图与仿真..............................................................................................32
毕业设计总结与体会....................................................................................................34
致谢.................................................................................................................................35
参考文献.........................................................................................................................36
第一章毕业设计任务要求目的与原理方框图
1.1本毕业设计目的
1、通过对单片机软件和硬件方面的设计安装和调试，从而加强书本所学单片机知识，并学会使用以单片机系统为基础，软件编程为辅助来实现四位计数系统的设计，为以后工作中出现的各种应用系统的设计打下基础。
2、通过本毕业设计，加强自学的能力。
可以拓展学生获取知识的能力，并且可以通过上网查询相关单片机设计的论文，图书馆相关书籍和文献，进行删选为自己所用。
这样可以提高学生独立分析能力和理解能力，拓宽知识面。
3、加强对单片机的接口电路的认识，并且应用到了数电，模电知识，还有电路的专业基础课，全方位的学习了本专业，是对学生综合能力的一个提高。
4.通过软件仿真，对PROTUES电路模拟软件进行全方位的学习。
学会设计，画图，模拟等各个环节，真正的掌握这个软件。
5.加强的单片机编程知识的掌握，能够通过各个小的程序块链接，最后设计出完整的，统一的程序。
1.2设计任务
根据技术要求和已知条件，利用STC-89C52单片机、555电路和5寸数码管，制作四位计数显示系统。
1.3设计要求
要求所设计的电路具有加1与减1计数并显示和复位功能，且电路要求简洁，利用单片机知识软件编程独立完成。
利用C51语言编程，对相关的语句指令要相当熟练，并且能够独立修改。
1.4四位计数显示系统原理图
图1-1四位计数系统数码显示示意图
1.5实验原理
基于单片机的四位计数系统的数码显示如图1所示，显示部分由四块5寸红色数码管组成，电源为交流220V。
当减1计数信号有效，光字牌减1计数并显示；计数信号有效，加1计数并显示；复位信号有效，光字牌清零。
减1计数和复位控制也可根据实际情况由按钮直接输出。
在实践中，经过测量，在工厂中某整袋产品通过某点时间为0.884秒，另考虑可能连包，PLC输出的每个计数信号已设计保持为0.5秒。
从而提高的该单片机系统的应用性。
[1]
第二章单片机相关知识
2.1单片机发展史
单片机——单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer）的简称，1946年，世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学研制成功。
单片机内部集成如下部件：
中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU）
只读存储器（ReadOnlyMemory，ROM）
随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）
定时器/计数器及I/O（Input/Output）接口等部件。
单片机成为最重要的可编程硬件控制单元。
发展历史：
1970年~1974年：
诞生了第一代4位的单片机。
这类单片机已经具有了并行I/O接口，以及一些常用的A/D和D/A等资源。
这在当时来说是非常强大的，通过灵活的控制能力，使其应用于电视机、收音机和电子玩具中。
1974年~1978年：
单片机进入8位时代。
这个时期以Intel公司的MCS-48系列单片机最具代表性。
此时的单片机内部集成了更为强大的8位CPU内核、多个并行I/O接口、同时增加了定时器/计数器以及小容量的RAM和ROM等。
1978年~1983年：
Intel公司的MCS-51系列为代表，标志着进入高档8位单片机时代。
这个时期的单片机工作频率、硬件资源和RAM/ROM容量等都有极大的突破，创新地加入了串口通信接口以及多级中断处理系统。
我们现在所广泛使用的单片机都仍以该内核为基础，因此，也常成为51系列单片机
随后，单片机市场便进入百花齐放、百家争鸣时代。
各个厂商不仅在增强单片机的性能，同时还推出了不同类型的单片机。
[2]
2.2单片机的应用领域
家电产品，例如在电视、电话、冰箱、空调、洗衣机、家用防盗报警器等。
在这里设备中，单片机主要用于功能控制。
随身影音设备，例如MP3、MP4、录音笔等。
在这里设备中，单片机用于系统控制和功能管理。
电子玩具，例如各种电动玩具、发声玩具、玩具机器人、遥控电动车、遥控航模等。
在这里设备中，单片机实现了核心功能的控制和智能人机接口。
机电一体化设备，例如车床、铣床、数控机床等。
在这类设备中，单片机作为机电一体化设备的控制器，可以简化机械产品的结构设计，实现智能的生产和操作控制，并扩展原有设备的功能。
数据通信，例如无线数传、大容量存储设备等。
在这类设备中，单片机依靠串口、并口或者高速USB接口等，实现计算机之间、计算机与外围设备之间的控制和数据传输等。
测控设备，例如数据采集系统、示波器、智能仪表等。
在这里设备中，依靠单片机强大控制和通信能力，实现测试、测量和控制等功能。
2.3单片机的发展方向
早期的51内核只有几MHz的运行频率，现在各个公司推出的51单片机产品均能够达到几十MHz的运行频率，例如Atmel公司的AT89S系列的单片机最大运行于33MHz，还有其他一些公司的产品也都具有很高的速度。
[2]
缩短指令执行周期。
早期的51内核指令一般需要1~4个指令周期来完成，最快的单周期指令也需要6个时钟周期，相当于12个时钟振荡周期。
新的增强型51内核大大缩短了指令的执行周期，例如MAXIM的高速单片机每机器周期使用一个时钟，速度是标准8051的33倍。
还有其他一些公司也相应提高了指令的执行时间。
低功耗。
单片机主要应用于各种嵌入式设备中，这类设备最大的共性便是采用电池供电，需要具有出色的功耗控制。
否则，一个产品很快没电了，便毫无使用价值了。
现在的单片机功耗都在逐步下降，同时还提供了丰富的低功耗模式可供选择，大大延长了电池的使用时间。
高度集成性。
现在的单片机集成了越来越多的功能，例如A/D转换、D/A转换、SPI接口、I2C接口、USART接口、USB接口、CAN接口等等。
在有些设计项目中，甚至仅靠一个单片机便可以完成所有的工作，真正实现“单片”的含义。
减小封装尺寸。
单片机在提高强度的接口功能的同时，其封装体积也在逐步减少。
这样，可以减少电路板的使用面积，使最终产品小型化。
目前的手机、笔记本等的日益小型化便是很好的体现。
2.4单片机内部介绍及选型
2.4.1单片机内部结构及电路
图2-1STC-89C52结构图
图2-2P0引脚内部电路图[2]
电源引脚：
VCC（Pin40）：
正电源引脚。
正电源接4.0～5.0V电压，正常工作电压为+5V。
GND（Pin20）：
接地引脚。
时钟引脚：
XTAL1（Pin19）：
用作片内振荡电路的输入端。
XTAL2（Pin18）：
用作片内振荡电路的输出端或者外部时钟源的输入引脚。
P0端口即P0.0～P0.7，占据Pin39～Pin32共8个引脚。
P0端口具有两个功能，既可以用作双向数据总线口，也可以分时复用输出低8位地址总线。
图2-3P1引脚内部电路图
P1端口即P1.0～P1.7，占据Pin1～Pin8共8个引脚。
P1端口一般用做通用I/O端口，是8位准并行的，具备4个TTL负载的驱动能力。
P1端口可以用做位处理，既各位都可以单独输出或输入数据
图2-4P2引脚内部电路图
P2端口即P2.0～P2.7，占据Pin21～Pin28共8个引脚。
P2端口可以用作通用I/O端口，或者在扩展外部存储器时用作高8位地址线。
图2-5P3引脚内部电路图
P3端口即P3.0～P3.7，占据Pin10～Pin17共8个引脚。
P3端口可以用作通用I/O端口，可进行位操作，同时还具有特定的第二功能。
表2-1P3端口第二功能表
I/0引脚
第二功能引脚名称
说明
P3.0
RXD
串行通信的数据接收端口
P3.1
TXD
串行通信的数据发送端口
P3.2
外部中断0的请求端口
P3.3
外部中断1的请求端口
P3.4
T0
定时/计数0的外部事件计数输入端
P3.5
T1
定时/计数1的外部事件计数输入端
P3.6
外部数据存储单元的写选通信号
P3.7
外部数据存储单元的读选通信号
单片机的复位引脚为RST（Pin9），单片机内部CPU的复位信号便从这里输入。
单片机复位完全通过RST引脚来完成，其基本原理是在单片机的时钟振荡电路启动后，如果RST引脚外加两个机器周期（即24个时钟振荡脉冲）以上的高电平，单片机便实现了复位。
ALE引脚（Pin30）具有两种功能，可以作为地址锁存使能端和编程脉冲输入端。
下面分别进行介绍。
当作为地址锁存使能端时为ALE。
当单片机访问外部程序存储器时，ALE（地址锁存）的负跳变将低8位地址打入锁存。
而当访问外部数据存储器时，例如执行MOVX类指令，ALE引脚会跳过一个脉冲。
当单片机在非访问内部程序存储器时，ALE引脚将有一个1/6振荡频率的正脉冲信号输出，该信号可以用于外部计数或电路其他部分的时钟信号。
当作为编程脉冲输入端时为，在进行程序下载时使用。
EA/Vpp引脚（Pin31）具有两种功能，访问内部或外部程序存储器选择信号和提供编程电压。
下面分别进行介绍。
当单片机访问内部或者外部程序存储器时，作为选择信号。
如果保持为低电平，则单片机从外部程序存储器（0000H～FFFFH单元）开始执行；如果保持高电平，则单片机先从片内0000H单元开始，执行内部程序存储器程序，如果外部还有扩展程序存储器，则在执行完内部程序存储器程序后，自动转向外部程序存储器执行程序。
当需要对单片机编程时，该引脚用于输入编程允许电压。
PSEN（Pin29）引脚是单片机访问外部程序存储器的读选通信号。
当单片机访问外部程序存储器，读取指令码时，该引脚在每个机器周期产生两次有效信号，即该引脚输出两个负脉冲选通信号；在执行片内程序存储器读取指令码以及读写外部数据时，该引脚不产生脉冲信号。
单片机内部结构：
中央处理器（CPU）；程序存储器（ROM）；数据存储器（RAM）指令寄存器；定时器/计数器；并行输入输出（I/O）口；中断系统；时钟振荡电路；单片机的结构类型,哈佛（Harvard）结构。
[2]
图2-6单片机内部结构简图
2.4.2STC89C52单片机选型及参数
根据设计要求选择了STC89C52单片机，STC89C52是STC公司生产的一种低功耗，高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能：
8K字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
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