拉幕式数码显示

目录第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)3.4.1 74LS138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)4.1.1 Keil C51软件 (9)4.1.2 Proteus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CMOS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HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。

CMOS虽然功耗较低,但因为其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS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1KB～4KB,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的性能能,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P0.0/AD0―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：图2.1 系统总体框图通过选择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，外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单片机芯片如下图所示：图3.1 AT89C51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3.2 7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：图3.3 驱动电阻电路图3.4 其他硬件3.4.1 74LS138译码器74LS138 为3 线－8 线译码器，其硬件图如下图所示：图3.4 74LS138 3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：图3.5 时钟电路3.4.3 复位电路复位电路设计如下图：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4.1.1 Keil C51软件Keil C51是美国Keil Software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。

4.1.2 Proteus软件Proteus软件是英国Labcenter electronics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、PCB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、AVR、ARM、8086和MSP430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：图4.1 程序流程图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“4321123 4”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：1000000,21000000,32100000,4321000 0,54321000,65432100,76543210,87654321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<=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。