基于單片機(jī)串口控制顯示系統(tǒng)--袁蜀懷

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱:單片機(jī)原理與應(yīng)用 課題名稱:基于串口控制的顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè): 測(cè)控技術(shù)與儀器 班級(jí): 測(cè)控1102班 學(xué)號(hào): 姓名: 袁蜀懷 指導(dǎo)老師： 李鳳玲 設(shè)計(jì)日期： 2014.01.052014.01.18 1前言（引言） 1.設(shè)計(jì)背景隨著MCS-51單片機(jī)的發(fā)展，它的應(yīng)用已經(jīng)從單機(jī)逐漸轉(zhuǎn)向多機(jī)，而串行通信是一種能把二進(jìn)制數(shù)據(jù)按位傳送的通信，所需傳輸線少，特別適用于分級(jí)、分層和分布式控制系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程通信中，是單片機(jī)之間的主要通信方式。51單片機(jī)除了含有4個(gè)并行I/O接口外，還有一個(gè)全雙工的串行接口。在計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的同時(shí),電器設(shè)備的輸出顯示技術(shù)也

2、變得復(fù)雜多樣,諸如CRT顯示、LCD顯示、多位LED顯示及發(fā)光二極管顯示等應(yīng)運(yùn)而生。在這些顯示當(dāng)中,LED顯示電路較為簡(jiǎn)單,成本也較低,在功能單一的儀器儀表與機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用較廣。但當(dāng)設(shè)備顯示的點(diǎn)或位較多時(shí),就需要采用一定的驅(qū)動(dòng)電路與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方式。在數(shù)碼管數(shù)目較少時(shí)，我們通常用單片機(jī)并口控制，但是當(dāng)顯示需要較多的數(shù)碼管時(shí)，如果改用串口控制，就會(huì)使系統(tǒng)硬件電路得以簡(jiǎn)化，降低了傳送的成本，體積也會(huì)相對(duì)減小，而可靠性也會(huì)得到提高。同時(shí)系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充也更為容易。通過(guò)我們所學(xué)的MCS-51單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)，綜合其他軟件的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)串口控制的顯示系統(tǒng)（基于所學(xué)知識(shí)以及實(shí)際情況，決定采用數(shù)碼

3、管來(lái)做顯示系統(tǒng)）。模擬還原并顯示傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。讓我們所學(xué)的知識(shí)能夠得到應(yīng)用，同時(shí)也能鍛煉我們的動(dòng)手和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，也為以后的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。 2. 設(shè)計(jì)的功能以及技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)功能：本次設(shè)計(jì)主要由五個(gè)模塊組成。包括：AT89C51單片機(jī)，8位數(shù)碼管，74HC595鎖存器，74HC573鎖存器，按鍵模塊。利用單片機(jī)的串口將單片機(jī)內(nèi)的段選信號(hào)發(fā)送，經(jīng)74HC595鎖存器將串口轉(zhuǎn)化為并口，并將MCS-51發(fā)送的段選信號(hào)輸入至8位數(shù)碼管的段選端。與此同時(shí)，利用MCS-51的P0口控制8位數(shù)碼管的位選端。使得8位數(shù)碼管能夠顯示隨著電阻值增大的電壓值。電壓表最大量程為5V，精度為0.02V。P1.0

4、和P1.1分別和按鍵K1和K2連接，按鍵K1表示電阻值增大，按鍵K2表示電阻值減小。技術(shù)指標(biāo)：（1） 數(shù)碼管能夠準(zhǔn)確顯示電阻值以及最小精度。（2） 要求顯示最大量程為5V，最小精度為0.02V。（3） 可以通過(guò)調(diào)整實(shí)現(xiàn)電阻值快速或減緩變化。（4） 電路設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)程序均要求簡(jiǎn)潔方便。3.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1根據(jù)設(shè)計(jì)功能及要求，硬件系統(tǒng)主要由四個(gè)模塊組成：AT89C51單片機(jī)，8位數(shù)碼管，74HC595移位寄存器，74HC573鎖存器，按鍵模塊。經(jīng)過(guò)構(gòu)思和實(shí)際過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)，得到系統(tǒng)的硬件連接關(guān)系，可以畫出系統(tǒng)的硬件框圖如下：AT89C51 時(shí)鐘和復(fù)位電路8位數(shù)碼管74HC57374HC595按鍵

5、模塊3.2單片機(jī)的選擇本次設(shè)計(jì)采用8位字 長(zhǎng)的MCS-51單片機(jī)，內(nèi)含一個(gè)片內(nèi)振蕩時(shí)鐘周期和一個(gè)時(shí)鐘電路，4KB的片內(nèi)程序ROM和128B RAM，4個(gè)I/O端口，5個(gè)中斷源，且具有很強(qiáng)的拓展功能。 本次主要用到P0端口和P3.0、P3.1以及P3.5等引腳。每個(gè)IO均有兩種讀入方法，即讀鎖存器和讀引腳，其中P3口具有第二功能。在本次設(shè)計(jì)中，我們主要用到的就是P3.0和P3.1的串行數(shù)據(jù)通信功能。 3.3復(fù)位電路和時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)復(fù)位是指單片機(jī)的初始化操作，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，以防止電源系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的CPU工作環(huán)境不正常，并給外部提供

6、一個(gè)復(fù)位的CPU的接口。MCS-51單片機(jī)的復(fù)位電路有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種形式，由于按鍵上電復(fù)位比較適合于樣品制作和實(shí)驗(yàn)調(diào)試，所以我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中采用按鍵上電復(fù)位。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是反相放大器的輸入端和輸出端，通常經(jīng)由片外晶體振蕩器或陶瓷諧振器與兩個(gè)匹配的電容一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩電路，為單片機(jī)提供時(shí)鐘電源，即內(nèi)部時(shí)鐘方式。本次設(shè)計(jì)我們所采用的時(shí)鐘電路就是內(nèi)部時(shí)鐘方式。 3.4 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管顯示電路由8位數(shù)碼管和74HC573鎖存器組成。3.4.1數(shù)碼管簡(jiǎn)介 常用的LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，也稱8段L

7、ED顯示器。它由7個(gè)字符段和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)段組成，其中字符段發(fā)光二極管亮暗的不同組合可以顯示多種數(shù)字、字母以及其他符號(hào)，小數(shù)點(diǎn)段dp用于顯示小數(shù)點(diǎn)。為了使LED顯示器顯示不同的數(shù)字或符號(hào)，就要將不同段的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，這樣就要為L(zhǎng)ED顯示器提供顯示字形代碼。這些代碼可使LED相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同的字形，簡(jiǎn)稱段碼（或稱為字形碼）LED顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：共陽(yáng)極接法和共陰極接法。在本次設(shè)計(jì)中我們使用的是8個(gè)共陰極的發(fā)光二極管。3.4.2 74HC573簡(jiǎn)介 74HC573包含八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，是一種高性能的硅門器件。74HC573包含八路D 型透明鎖存器，每個(gè)鎖存器具

8、有獨(dú)立的D 型輸入，以及適用于面向總線的應(yīng)用的三態(tài)輸出。所有鎖存器共用一個(gè)鎖存使能(LE)端和一個(gè)輸出使能(OE)端。OELEDQLHHHLHLLLLXQ0HXXZ當(dāng)LE為高時(shí)，數(shù)據(jù)從Dn輸入到鎖存器，在此條件下，鎖存器進(jìn)入透明模式，也就是說(shuō)，鎖存器的輸出狀態(tài)將會(huì)隨著對(duì)應(yīng)的D輸入每次的變化而改變。當(dāng)LE為低時(shí)，鎖存器將存儲(chǔ)D輸入上的信息一段就緒時(shí)間，直到LE的下降沿來(lái)臨。當(dāng)OE為低時(shí)，8個(gè)鎖存器的內(nèi)容可被正常輸出;當(dāng)OE為高時(shí)，輸出進(jìn)入高阻態(tài)。OE端的操作不會(huì)影響鎖存器的狀態(tài)。74HC573與以下型號(hào)邏輯功能相同：74HC563，但輸出為反相74HC373，但引腳布局不同 如上圖所示，數(shù)碼管的

9、段選信號(hào)通過(guò)74HC573鎖存器與寄存器74HC595相連，串行數(shù)據(jù)通過(guò)74HC595傳輸至該鎖存器中，而上拉電阻則使得數(shù)輸入端為高電平。當(dāng)數(shù)據(jù)輸入使得數(shù)碼管電位變化，當(dāng)輸入為1時(shí)，共陰極數(shù)碼管有電位差，從而將數(shù)碼管點(diǎn)亮。通過(guò)數(shù)碼管每一段亮滅不同，從而顯示數(shù)字或字符。3.5 74HC595簡(jiǎn)介 74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。 數(shù)據(jù)在SHcp（移位寄存器時(shí)鐘輸入）的上升沿輸入到移位寄存器中，在STcp（存儲(chǔ)器時(shí)鐘輸入）的上升沿輸入到存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總

10、是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。它能將串行輸入的8位數(shù)字，轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿休敵龅?位數(shù)字。 在本設(shè)計(jì)中，由于串口工作在方式0，所以將74HC595的SER數(shù)據(jù)輸入端口與P3.1（RXD）連接，SRCLK端口與P3.1端口連接。數(shù)碼管位選數(shù)據(jù)通過(guò)P3.1引腳從單片機(jī)輸出，經(jīng)該寄存器轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)，輸入到數(shù)碼管的位選端。3.6 按鍵模塊 獨(dú)立鍵盤為非編碼鍵盤，單片機(jī)可以通過(guò)按鍵閉合檢測(cè)高低電平。在本次設(shè)計(jì)中我們將按鍵K1和

11、K2分別和單片機(jī)P1端口的P1.0和P1.1引腳連接，其中K1和K2分別模擬電路中電阻值的增大和減小。由于電阻值的變化而影響電阻上分壓的變化。 3.7整體電路圖4.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 初始化程序 #include<reg51.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid buttom();sbit RCLK=P35;/P3.0接P3.4 P3.1接P3.6sbit K0=P20;sbit K1=P21;uchar LEDW=0xfe,0xfd,0xfb,0x

12、f7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; / 數(shù)碼管位選uchar LEDD=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar i,j;int k,R;定義P3.5為同步脈沖輸入端，P3.0為段選數(shù)據(jù)輸入端，由于實(shí)驗(yàn)板將SER連接P3.4 ，故將P3.0接P3.4 。P3.1為移位脈沖輸入端，同理接P3.6。K0和K1均為獨(dú)立按鍵。LEDD為數(shù)碼管段選編碼表，LEDW為數(shù)碼管位選編碼表。其中i，j為延時(shí)子程序變量。4.2 獨(dú)立按鍵驅(qū)動(dòng)程序 void buttom()u

13、char d=300;if(K0=0) delay(70); while(K0=0&&d-);k+;if(k=255)k=0; if(K1=0) delay(70); while(K1=0&&d-);k-;if(k=-1)k=255;R=(int)(100*k/51);按鍵驅(qū)動(dòng)流程圖： 開(kāi)始設(shè)定按鍵檢測(cè)時(shí)間以及延時(shí)時(shí)間檢測(cè)按鍵是否輸入？定時(shí)已滿？輸入K加1超出設(shè)定范圍置0計(jì)算電阻分壓值 4.3延時(shí)子程序 void delay(int z)int i,j;for(i=0;i<100;i+)for(j=0;j<z;j+); 4.3 主程序void main()SCON = 0x00; /REN=1允許串行接受狀態(tài)，串口工作模式0 while(1) buttom();SBUF=LEDDR/100|0x80; /SUBF接受/發(fā)送緩沖器 百位while(TI=0); /判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成TI=0; /關(guān)閉發(fā)送端RCLK=0; /提供一個(gè)上升沿，使595工作_nop_();_nop_();RCLK=1; P0=LEDW5; /數(shù)字表的百位del