K1-K4控制數碼管移位顯示課程論文教學教材

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。K1-K4控制數碼管移位顯示課程論文成績課程論文題目：K1-K4控制數碼移位顯示學生姓名：*學生學號：*系別：電氣信息工程學院專業(yè)：電子信息工程年級：2011級任課教師：*電氣信息工程學院制2013年12月目錄TOCo1-2hzuHYPERLINKl_Toc376089429摘要：PAGEREF_Toc376089429h2HYPERLINKl_Toc3760894301發(fā)光二極管LEDPAGEREF_Toc376089430h2HYPERLINKl_Toc3760894312系統(tǒng)的設計方案PAGERE

2、F_Toc376089431h3HYPERLINKl_Toc3760894322.1總體方案PAGEREF_Toc376089432h3HYPERLINKl_Toc3760894332.2時鐘電路PAGEREF_Toc376089433h4HYPERLINKl_Toc3760894342.3復位電路PAGEREF_Toc376089434h5HYPERLINKl_Toc3760894352.4LED驅動電路PAGEREF_Toc376089435h5HYPERLINKl_Toc3760894362.5按鍵部分PAGEREF_Toc376089436h6HYPERLINKl_Toc3760894

3、373軟件設計PAGEREF_Toc376089437h6HYPERLINKl_Toc3760894383.1程序框圖PAGEREF_Toc376089438h6HYPERLINKl_Toc3760894393.2控制程序PAGEREF_Toc376089439h7HYPERLINKl_Toc3760894404系統(tǒng)仿真及調試PAGEREF_Toc376089440h9HYPERLINKl_Toc3760894414.1仿真軟件PAGEREF_Toc376089441h9HYPERLINKl_Toc3760894424.2Proteus使用注意事項PAGEREF_Toc376089442h9H

4、YPERLINKl_Toc3760894434.3程序仿真PAGEREF_Toc376089443h10HYPERLINKl_Toc376089444參考文獻PAGEREF_Toc376089444h12K1-K4控制數碼移位顯示學生：*指導老師：*電氣信息工程學院電子信息工程摘要：單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器單片機芯片常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設備構成，相當于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比，單片機缺少了外圍設備等。概括

5、的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領域。1發(fā)光二極管LED它的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注

6、入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。發(fā)光二極管與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發(fā)光的強弱。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導體數碼管，每個數碼管可顯示09

7、十個數目。發(fā)光二極管（英語：Light-EmittingDiode，簡稱LED）是一種能發(fā)光的半導4體電子元件。這種電子元件早在1962年出現，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當的光度。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著技術的不斷進步，發(fā)光二極管已被廣泛的應用于顯示器、電視機采光裝飾和照明。LED只能往一個方向導通（通電），叫作正向偏置（正向偏壓），當電流流過時，電子與空穴在其內復合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導體材料種類與摻入的元素雜質有關。具有效率高、壽命長、不易破

8、損、開關速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來已經有明顯的提升，同時，在每千流明的購入價格上，也因為投入市場的廠商相互競爭的影響，而明顯下降。雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術上，LED在光電轉換效率(有效照度對用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈，是國家以后發(fā)展民用的去向！它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產生自發(fā)

9、輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。2系統(tǒng)的設計方案2.1總體方案AT89C51單片機有20個引腳，其中0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL

10、門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2

11、口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。設計思路：由于AT89C51單片機的引腳具有以上性質，因此我們用P1口作為輸入端，P2口作為輸出端，通過控制輸入端的電平高低從而控制輸出引腳的電平高低，點亮對應的LED。通過P1口讀入程序進，通過延時和循環(huán)控制使P2口引腳輸出高低不同的電壓并且依次循環(huán)，從而控制對應引腳接口的點亮與熄滅，實現移位循環(huán)。2.2時鐘電路在設計時鐘

12、電路之前，讓我們先了解下51單片機上的時鐘管腳：XTAL1（19腳）：芯片內部振蕩電路輸入端。XTAL2（18腳）：芯片內部振蕩電路輸出端。XTAL1和XTAL2是獨立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英晶振的片內振蕩器，或者是器件直接由外部時鐘驅動。圖2中采用的是內時鐘模式，即采用利用芯片內部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內部振蕩器便能產生自激振蕩。一般來說晶振可以在1.212MHz之間任選，甚至可以達到24MHz或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實驗套件中采用的11.0592M的石英晶振。和晶8振并聯的兩個電容的大小對

13、振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調作用。當采用石英晶振時，電容可以在2040pF之間選擇（本實驗套件使用30pF）；當采用陶瓷諧振器件時，電容要適當地增大一些，在3050pF之間。通常選取33pF的陶瓷電容就可以了。另外值得一提的是如果讀者自己在設計單片機系統(tǒng)的印刷電路板（PCB）時，晶體和電容應盡可能與單片機芯片靠近，以減少引線的寄生電容，保證振蕩器可靠工作。檢測晶振是否起振的方法可以用示波器可以觀察到XTAL2輸出的十分漂亮的正弦波，也可以使用萬用表測量（把擋位打到直流擋，這個時候測得的是有效值）XTAL2和地之間的電壓時，可以看到2V左右一點的電壓。2.3復位電路在單片機系統(tǒng)中，復位電

14、路是非常關鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復位。MCS-5l系列單片機的復位引腳RST（9管腳）出現2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。復位操作通常有兩種基本形式：上電自動復位和開關復位。圖2中所示的復位電路就包括了這兩種復位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時電容的負極和RESET相連，電壓全部加在了電阻上，RESET的輸入為高，芯片被復位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0，芯片正常工作。并聯在電容的兩端為復位按鍵，當復位按鍵沒有被按下的時候電路實現上電復位，在芯片

15、正常工作后，通過按下按鍵使RST管腳出現高電平達到手動復位的效果。一般來說，只要RST管腳上保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效的復位。圖中所示的復位電阻和電容為經典值，實際制作是可以用同一數量級的電阻和電容代替，讀者也可自行計算RC充電時間或在工作環(huán)境實際測量，以確保單片機的復位電路可靠。2.4LED驅動電路首先我們要知道LED的發(fā)光工作條件，不同的LED其額定電壓和額定電流不同，一般而言，紅或綠顏色的LED的工作電壓為1.7V2.4V，藍或白顏色的LED工作電壓為2.74.2V，直徑為3mmLED的工作電流2mA10mA。在這里采用紅色的3mm的LED。其次，51單片機（如本實驗板中

16、所使用STC89C52單片機）的I/O口作為輸出口時，拉電流（向外輸出電流）的能力是A級別，是不足以點亮一個發(fā)光二極管的。而灌電流（往內輸入電流）的方式可高20mA，故采用灌電流的方式驅動發(fā)光二極管。圖1LED的接法2.5按鍵部分按鍵設定部分比較簡單，因為本系統(tǒng)按鍵少，所以在設計上采用了獨立按鍵方式，程序的編制上也采用了簡單的掃描方式。最終畫出硬件電路圖如圖2所示。圖2系統(tǒng)電路圖3軟件設計3.1程序框圖軟件設計規(guī)范的目的就是編寫高質量的軟件，降低編碼階段的錯誤率。設計一個高質量的軟件有以下幾點要求：1)軟件設計模塊化，具有好的可重用性和可移植性。開始初始設置清除按鍵抖動遞增點亮K1是否按下YK

17、2是否按下點亮上四個NYNK3是否按下點亮后四個Y全部熄滅K4是否按下NYN圖2Led流程圖2)程序代碼干凈整潔，具有好的可維護性。3)不使用晦澀的語句，簡潔易懂，具有好的易懂性。4)代碼設計簡明扼要，提高程序的運行效率以及程序所占用的內存空間。5)使用充足的程序說明，程序具有好的可讀性。綜上所述：可重用性、可移植性、可維護性、易懂性、高效率性以及可讀性。用C語言編程的思想來完成K1-K4控制LED移位的程序編寫。3.2控制程序#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/延時voidDelayMS(uintx)uchari;wh

18、ile(x-)for(i=0;i4;k=0;/檢查1所在位置，累加獲取按鍵號kwhile(Key_State!=0)k+;Key_State=1;/根據按鍵號k進行4種處理switch(k)case1:if(P0=0 x00)P0=0 xff;P0Definecodegenerationtools打開的對話框中，有一項參數是CommandLine,對于代碼生存工具ASEM51來說，默認的命令行參數可能類似于%1/INCLUDES:C:ProgramFilesLabcenterElectronicsProteus7ProfessionalTOOLSASEM51，其中%1代表的是源代碼，/INCL

19、UDES:后面跟著的是包含路徑，該路徑下的*.mcu文件即是通常的SFR定義文件。其實這一參數并不需要設置，通常我們的CommandLine參數設置為%1即可。(2)另外，這個/INCLUDES:的路徑參數設置也是有問題的。因為它的中間包含了空格，ASEM51匯編器會把它認為是幾個參數，因而會出現toomanyparameters的錯誤。(3)同樣的道理，如果你的匯編程序存儲的路徑或文件名中包含了空格或一些其它有可能使用命令行出現錯誤的字符，編譯時也會出現錯誤.。(4)另外需要注意的是ASER5不支持$符號，即不能使用類似JMP$的命令。具體還有哪些使用中還需要注意的問題，歡迎跟貼。(5)文件名不能太長。4.3程序仿真首先我們要生成字符的字模，這需要通過字模軟件來完成。生成好字模以后，因為軟件設計與電路圖有