K1-K4控制數(shù)碼管移位顯示課程論文教學(xué)教材

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。K1-K4控制數(shù)碼管移位顯示課程論文成績(jī)課程論文題目：K1-K4控制數(shù)碼移位顯示學(xué)生姓名：*學(xué)生學(xué)號(hào)：*系別：電氣信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：電子信息工程年級(jí)：2011級(jí)任課教師：*電氣信息工程學(xué)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(shè)計(jì)方案PAGERE

2、F_Toc376089431h3HYPERLINKl_Toc3760894322.1總體方案PAGEREF_Toc376089432h3HYPERLINKl_Toc3760894332.2時(shí)鐘電路PAGEREF_Toc376089433h4HYPERLINKl_Toc3760894342.3復(fù)位電路PAGEREF_Toc376089434h5HYPERLINKl_Toc3760894352.4LED驅(qū)動(dòng)電路PAGEREF_Toc376089435h5HYPERLINKl_Toc3760894362.5按鍵部分PAGEREF_Toc376089436h6HYPERLINKl_Toc3760894

3、373軟件設(shè)計(jì)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(diào)試PAGEREF_Toc376089440h9HYPERLINKl_Toc3760894414.1仿真軟件PAGEREF_Toc376089441h9HYPERLINKl_Toc3760894424.2Proteus使用注意事項(xiàng)PAGEREF_Toc376089442h9H

4、YPERLINKl_Toc3760894434.3程序仿真PAGEREF_Toc376089443h10HYPERLINKl_Toc376089444參考文獻(xiàn)PAGEREF_Toc376089444h12K1-K4控制數(shù)碼移位顯示學(xué)生：*指導(dǎo)老師：*電氣信息工程學(xué)院電子信息工程摘要：?jiǎn)纹⑿陀?jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器單片機(jī)芯片常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括

5、的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。1發(fā)光二極管LED它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線(xiàn)的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線(xiàn)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(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱(chēng)為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)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(chēng)LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線(xiàn)，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。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(diǎn)是：工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)；通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)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(dǎo)體數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管可顯示09

7、十個(gè)數(shù)目。發(fā)光二極管（英語(yǔ)：Light-EmittingDiode，簡(jiǎn)稱(chēng)LED）是一種能發(fā)光的半導(dǎo)4體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，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(shí)至今日能發(fā)出的光已遍及可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)及紫外線(xiàn)，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛?。而用途也由初時(shí)作為指示燈、顯示板等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光二極管已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明。LED只能往一個(gè)方向?qū)ǎㄍ姡?，叫作正向偏置（正向偏壓），?dāng)電流流過(guò)時(shí)，電子與空穴在其內(nèi)復(fù)合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應(yīng)，而光線(xiàn)的波長(zhǎng)、顏色跟其所采用的半導(dǎo)體材料種類(lèi)與摻入的元素雜質(zhì)有關(guān)。具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易破

8、損、開(kāi)關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來(lái)已經(jīng)有明顯的提升，同時(shí)，在每千流明的購(gòu)入價(jià)格上，也因?yàn)橥度胧袌?chǎng)的廠商相互競(jìng)爭(zhēng)的影響，而明顯下降。雖然越來(lái)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(shù)上，LED在光電轉(zhuǎn)換效率(有效照度對(duì)用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈，是國(guó)家以后發(fā)展民用的去向！它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)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(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)

9、輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)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(zhǎng)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(shè)計(jì)方案2.1總體方案AT89C51單片機(jī)有20個(gè)引腳，其中0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口是一個(gè)內(nèi)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(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口為一個(gè)內(nèi)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(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2

11、口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)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(shè)計(jì)思路：由于AT89C51單片機(jī)的引腳具有以上性質(zhì)，因此我們用P1口作為輸入端，P2口作為輸出端，通過(guò)控制輸入端的電平高低從而控制輸出引腳的電平高低，點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的LED。通過(guò)P1口讀入程序進(jìn)，通過(guò)延時(shí)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(duì)應(yīng)引腳接口的點(diǎn)亮與熄滅，實(shí)現(xiàn)移位循環(huán)。2.2時(shí)鐘電路在設(shè)計(jì)時(shí)鐘

12、電路之前，讓我們先了解下51單片機(jī)上的時(shí)鐘管腳：XTAL1（19腳）：芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端。XTAL2（18腳）：芯片內(nèi)部振蕩電路輸出端。XTAL1和XTAL2是獨(dú)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(nèi)振蕩器，或者是器件直接由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。圖2中采用的是內(nèi)時(shí)鐘模式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時(shí)元件（一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來(lái)說(shuō)晶振可以在1.212MHz之間任選，甚至可以達(dá)到24MHz或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的11.0592M的石英晶振。和晶8振并聯(lián)的兩個(gè)電容的大小對(duì)

13、振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用。當(dāng)采用石英晶振時(shí)，電容可以在2040pF之間選擇（本實(shí)驗(yàn)套件使用30pF）；當(dāng)采用陶瓷諧振器件時(shí)，電容要適當(dāng)?shù)卦龃笠恍?，?050pF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(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的印刷電路板（PCB）時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)芯片靠近，以減少引線(xiàn)的寄生電容，保證振蕩器可靠工作。檢測(cè)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(wàn)用表測(cè)量（把擋位打到直流擋，這個(gè)時(shí)候測(cè)得的是有效值）XTAL2和地之間的電壓時(shí)，可以看到2V左右一點(diǎn)的電壓。2.3復(fù)位電路在單片機(jī)系統(tǒng)中，復(fù)位電

14、路是非常關(guān)鍵的，當(dāng)程序跑飛（運(yùn)行不正常）或死機(jī)（停止運(yùn)行）時(shí)，就需要進(jìn)行復(fù)位。MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST（9管腳）出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電自動(dòng)復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位。圖2中所示的復(fù)位電路就包括了這兩種復(fù)位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時(shí)電容的負(fù)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(fù)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(lián)在電容的兩端為復(fù)位按鍵，當(dāng)復(fù)位按鍵沒(méi)有被按下的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，在芯片

15、正常工作后，通過(guò)按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平達(dá)到手動(dòng)復(fù)位的效果。一般來(lái)說(shuō)，只要RST管腳上保持10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。圖中所示的復(fù)位電阻和電容為經(jīng)典值，實(shí)際制作是可以用同一數(shù)量級(jí)的電阻和電容代替，讀者也可自行計(jì)算RC充電時(shí)間或在工作環(huán)境實(shí)際測(cè)量，以確保單片機(jī)的復(fù)位電路可靠。2.4LED驅(qū)動(dòng)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(lán)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(jī)（如本實(shí)驗(yàn)板中

16、所使用STC89C52單片機(jī)）的I/O口作為輸出口時(shí)，拉電流（向外輸出電流）的能力是A級(jí)別，是不足以點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管的。而灌電流（往內(nèi)輸入電流）的方式可高20mA，故采用灌電流的方式驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。圖1LED的接法2.5按鍵部分按鍵設(shè)定部分比較簡(jiǎn)單，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)按鍵少，所以在設(shè)計(jì)上采用了獨(dú)立按鍵方式，程序的編制上也采用了簡(jiǎn)單的掃描方式。最終畫(huà)出硬件電路圖如圖2所示。圖2系統(tǒng)電路圖3軟件設(shè)計(jì)3.1程序框圖軟件設(shè)計(jì)規(guī)范的目的就是編寫(xiě)高質(zhì)量的軟件，降低編碼階段的錯(cuò)誤率。設(shè)計(jì)一個(gè)高質(zhì)量的軟件有以下幾點(diǎn)要求：1)軟件設(shè)計(jì)模塊化，具有好的可重用性和可移植性。開(kāi)始初始設(shè)置清除按鍵抖動(dòng)遞增點(diǎn)亮K1是否按下YK

17、2是否按下點(diǎn)亮上四個(gè)NYNK3是否按下點(diǎn)亮后四個(gè)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(hù)性。3)不使用晦澀的語(yǔ)句，簡(jiǎn)潔易懂，具有好的易懂性。4)代碼設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明扼要，提高程序的運(yùn)行效率以及程序所占用的內(nèi)存空間。5)使用充足的程序說(shuō)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(hù)性、易懂性、高效率性以及可讀性。用C語(yǔ)言編程的思想來(lái)完成K1-K4控制LED移位的程序編寫(xiě)。3.2控制程序#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/延時(shí)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(hào)kwhile(Key_State!=0)k+;Key_State=1;/根據(jù)按鍵號(hào)k進(jìn)行4種處理switch(k)case1:if(P0=0 x00)P0=0 xff;P0Definecodegenerationtools打開(kāi)的對(duì)話(huà)框中，有一項(xiàng)參數(shù)是CommandLine,對(duì)于代碼生存工具ASEM51來(lái)說(shuō)，默認(rèn)的命令行參數(shù)可能類(lèi)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(shí)這一參數(shù)并不需要設(shè)置，通常我們的CommandLine參數(shù)設(shè)置為%1即可。(2)另外，這個(gè)/INCLUDES:的路徑參數(shù)設(shè)置也是有問(wèn)題的。因?yàn)樗闹虚g包含了空格，ASEM51匯編器會(huì)把它認(rèn)為是幾個(gè)參數(shù)，因而會(huì)出現(xiàn)toomanyparameters的錯(cuò)誤。(3)同樣的道理，如果你的匯編程序存儲(chǔ)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(xiàn)錯(cuò)誤的字符，編譯時(shí)也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤.。(4)另外需要注意的是ASER5不支持$符號(hào)，即不能使用類(lèi)似JMP$的命令。具體還有哪些使用中還需要注意的問(wèn)題，歡迎跟貼。(5)文件名不能太長(zhǎng)。4.3程序仿真首先我們要生成字符的字模，這需要通過(guò)字模軟件來(lái)完成。生成好字模以后，因?yàn)檐浖O(shè)計(jì)與電路圖有