2019年11月27日 | 单片机8位LED数码管的静态显示课程设计说明书与仿真

设计单片机控制8位LED数码管的动态驱动电路，并编写程序实现在8位LED数码管上静态信息的显示。                                                     
    电路方面主要包括以下3部分。
（a）设计单片机的最小系统（包括复位电路和外接的晶振电路），并确定相关元器件参数。
（b）采用动态驱动的方式，设计单片机并行端口与LED数码管的动态显示电路，包括LED数码管位选线和段选线的连线。
（c）设计LED数码管位选端（线）给电流电路。                                                         
     编写单片机控制（驱动）8位LED数码管显示程序，实现数字（0—9）或简单的英文字符（A—F）的静态信息显示。显示方式和内容自定，如每隔一段时间循环显示数字0—9 或英文字符（A—F）。

下面是该仿真实验的课程设计说明书的重要内容节选（附件里面有proteus仿真工程文件+完整代码下载）：

4 结果分析

4.1 程序调试与仿真

完成硬件设计和软件程序编写后，将Keil uVision4软件中编辑好的程序输出文件载入Protues软件中的单片机STC89C52，进行仿真。按照显示的结果进行程序的调试，显示的时间通过延时函数改变。调试结束后，可以验证该设计的硬件方案和软件方案的正确性。首先没有出现错误显示且显示的数字稳定清晰，说明了电路原理的合理，所选元件也是正确的；其次显示的内容也与所编程序相符合，说明软件方案也是可行的。

4.2 仿真结果

调试完成后进行仿真，仿真开始运行后8位LED数码管上依次显示数字“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6”，“7”，“8”，“9”，并循环显示。结果如图4-1，图4-2，图4-3所示，分别为显示的“0”“1”“9”三个数字。

图4-1 仿真结果

图4-2 仿真结果

图4-3 仿真结果

5 结论和总结

本次单片机课程设计历时两周，从开始的查阅资料，初步确定设计方案，到熟悉protues和keil uvison4两个应用软件，最后进行程序编写和仿真图制作。通过本次课设，我完成了8位LED数码管显示的要求，在这过程中，我掌握了单片机指令系统中c语言的基本语句以及C语言的基础知识，还有单片机与其他设备相连接输入输出接口技术。虽然过程磕磕绊绊，但在老师的课设指导和同学的帮助下，还是顺利完成了。得出结果固然重要，但是在这个过程中的收获则更为珍贵。

1 选题背景1.1 课题简介

LED数码管（LED Segment Displays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。

                           图1-1 选题背景图

当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。1.2 指导思想

本课题需要了解LED数码管结构及字形码，熟悉LED数码管动态驱动的基本原理。设计单片机控制8位LED数码管的动态驱动电路，并编写程序实现在8位LED数码管上静态信息的显示。

2 方案论证2.1 设计原理

    本课题采用动态驱动的方式，即将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。通过动态扫描轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。

硬件电路由四部分组成，即单片机最小系统，数据字符段控制电路，位选择传输电路，LED数码管显示电路。各部分实现功能及设计如下：

a）单片机最小系统包括外接时钟电路和单片机复位电路。时钟电路由一个晶振和两个小电容组成，用来产生时钟频率；复位电路由一个电阻、按键和一个电容组成，用来产生复位信号，使单片机上电的时候复位。

b)数据字符段控制电路采用一片74HC573组成，与单片机的I/O口中的P0.0,P0.1,P0.2,P0.3,P0.4,P0.5,P0.6,P0.7口相连，通过P2.6口进行数据字符段进行选择控制。(74HC573是八路输出的透明锁存器，数据的进和出没有逻辑关系，当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。输出能直接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上。)

c)位选择传输电路同样采用一片74HC573组成，与单片机的I/O口中的P0.0,P0.1,P0.2,P0.3,P0.4,P0.5,P0.6,P0.7口相连，通过P2.6口进行位选择控制。

d)8位LED数码管显示屏由两个7SEG-MPX4-CC拼接而成。2.2.2 软件方案

本次设计软件方案程序使用C语言编写，主要包括循环显示数字主函数，显示函数，字符段数据的有关函数，选位控制的有关函数以及延时函数。

该方案硬件方面，字符数据段和位选控制分别用一个74HC573进行控制，74HC573实质是锁存器，能够实现“直入直出”的功能。使用一个I/O口就分别完成了字符数据与位选数据的发送。只需用74HC573的LE口进行锁存控制即可完成字符段与位选的不同数据输出，这样只需一个I/O口即可，极大节省了I/O资源。

该方案软件方面，采用C语言进行编译，相对于汇编语言它具有灵活性强，可移植性强，库函数多的特点。3 8位LED数码管显示器的静态信息显示过程设计论述3.1 系统硬件框图设计

根据确定的硬件方案设计系统硬件框图，包括为单片机提供时钟信号的晶振电路，进行复位操作的复位电路，字符段控制电路，位选传输电路，LED数码管显示电路。如图3-1所示。

                             图3-1 系统硬件框图（详见附件）

3.2 系统原理图设计3.2.1 整体原理图

根据系统硬件框图分为四大部分设计整体硬件图，如图3-2所示。

图3-2 原理图

电路设计需要的元器件包括电阻，电容，单片机，锁存器，LED数码管等。具体元器件规格数量见表3-1所示。[1]

表3-1 元器件清单

AT89C51单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端，时钟由内部和外部生成，引脚上外接定时元件，内部震荡电路产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择11.0592MHz，电容值取22PF。元件清单见表3-1所示。具体线路连接如图3-3所示。

图3-3 单片机最小系统3.2.3 字符段控制电路设计

用一个74HC573锁存器，输入端接STC89C52的P0口，LE端接P2.6控制锁存输出。具体电路连接如图3-4所示。

图3-4 字符段控制电路3.2.4 位选传输电路设计

用一个74HC573锁存器，输入端接STC89C52的P0口，LE端接P2.7控制锁存输出。具体电路连线如图3-5所示。

图3-5 位选传输电路3.3 驱动程序
3.3.1 程序流程

程序主要有头文件，端口定义，定义所用的函数，字符函数，具体函数编写包括主函数。根据电路图原理，主体流程图如图3-6所示（详见51hei附件）。

#include

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit DA=P2^6;                     //

sbit WEI=P2^7;                    //

uint shu=0; 

unsigned char code tab[] ={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x79,0x00,0x5c};//共阴数码码表

unsigned char Display_Digit[]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};//待显示

void Delay(uint x)

{

         while(--x);

}

void delayms(uint z)     //延时N ms

{

        uint x,y;

        for(x=z;x>0;x--)

        for(y=120;y>0;y--);

}

//7F,BF,DF,EF, F7,FB,FD,FE

void SMG_DIS(void)     //

{

        P0 = 0xFE;

        WEI=1;

        WEI=0;  //位控制

        P0=(tab[shu]); //个位和小数点

        DA=1;

        DA=0;         //显示数据输出

        delayms(3);

        P0 = 0xFD;

        WEI=1;

        WEI=0;  //位控制

        P0=(tab[shu]); //个位和小数点

        DA=1;

        DA=0;         //显示数据输出

        delayms(3);

        P0 = 0xFB;

        WEI=1;

        WEI=0;  //位控制

        P0=(tab[shu]); //个位和小数点

        DA=1;

        DA=0;         //显示数据输出

        delayms(3);

        P0 = 0xF7;

        WEI=1;

        WEI=0;  //位控制

        P0=(tab[shu]); //个位和小数点

        DA=1;

        DA=0;         //显示数据输出

        delayms(3);

        P0 = 0xEF;

        WEI=1;

        WEI=0;  //位控制

        P0=(tab[shu]); //个位和小数点

        DA=1;

        DA=0;         //显示数据输出

        delayms(3);

        P0 = 0xDF;

        WEI=1;

        WEI=0;  //位控制

        P0=(tab[shu]); //个位和小数点

        DA=1;

        DA=0;         //显示数据输出

        delayms(3);

        P0 = 0xBF;

        WEI=1;

        WEI=0;  //位控制

        P0=(tab[shu]); //个位和小数点

        DA=1;

        DA=0;         //显示数据输出

        delayms(3);

        P0 = 0x7F;

        WEI=1;

        WEI=0;  //位控制

        P0=(tab[shu]); //个位和小数点

        DA=1;

        DA=0;         //显示数据输出

        delayms(3);

}

void main(void)

{  

                uint d=0;               //整型数据        

                uint i=0; 

                        Display_Digit[0]=1;

                        Display_Digit[1]=2;

                        Display_Digit[2]=3;

                        Display_Digit[3]=4;

                        Display_Digit[4]=5;

                        Display_Digit[5]=6;

                        Display_Digit[6]=7;

……………………