数码管显示动态数字单片机报告

目录一、设计题目.............................................................2二、设计目的..............................................................22.1设计目的要求.......................................................22.2系统设计意义......................................................2三、系统硬件图............................................................3四、程序流程图............................................................3五、系统说明与分析........................................................45.1系统主要组成部分...................................................45.2单片机最小系统部分................................................45.2.1MCS-51系列单片机概述........................................45.2.2MCS-51系列单片机的并行I/O口................................55.2.3MCS-51系列单片机的工作方式和时序............................85.3串行转并行部分....................................................105.3.174ls164的概述..............................................105.3.274ls164的功能..............................................155.4数码显示部分......................................................165.4.1概述........................................................165.4.2LED数码管引脚结构..........................................165.4.3LED数码管显示原理..........................................175.4.4LED数码管的驱动方式........................................175.5电路板的制作......................................................185.6系统连线说明分析.................................................19六、源程序...............................................................20七、总结.................................................................22八、参考文献.............................................................232一、设计题目通过51系列单片机的串行口和74ls164显示0~9十个数字。二、设计目的该单片机最小应用系统设计目的及要求如下：2.1设计目的要求1、通过本次实验，掌握单片机串行口的扩展功能；2、通过对单片机的使用和编程，了解单片机的应用编程；3、搭建单片机最小应用系统，进一步加深对单片机应用的理解，提高处理实际问题的能力和独立分析思考的能力；4、掌握单片机汇编编程技术中的设计和分析方法；5、学会使用并熟练掌握电路绘制软件Protel99SE（或DXP）；6、掌握电路图绘制及PCB图布线技巧。2.2系统设计意义1、在系统掌握单片机相应基础知识的前提下，熟悉单片机最小应用系统的设计方法及系统设计的基本步骤。2、完成所需单片机最小应用系统原理图设计绘制的基础上完成系统的电路图设计。3、完成系统所需的硬件设计制作，在提高实际动手能力的基础上进一步巩固所学知识。4、进行题目要求功能基础上的软件程序编程，会用相应软件进行程序调试和测试工作。5、用AT89S51，74ls164设计出题目所要求的数字显示，实现循环显示，并针对实际设计过程中软、硬件设计方面出现的问题提出相应解决办法。6、通过单片机应用系统的设计将所学的知识融会贯通，锻炼独立设计、制作和调试单片机应用系统的能力；领会单片机应用系统的软、硬件调试方法和系统的研制开发过程，为进一步的科研实践活动打下坚实的基础。3三、系统硬件图图1电路原理图四、程序流程图开始允许外部中断0，EX0=1电平有效，边沿触发方式X=1根据X的值查表查表的数据送到P2口延时一秒INT00查找数表二延时1S结束是否复位？恢复鼠标一输出X=X+1查表的内容等于十？图2程序流程图4五、系统说明与分析5.1系统主要组成部分温度测量系统主要分为三个部分：单片机最小系统，串行转并行部分，数码管显示部分。所用主要元件有：AT89S51，74ls164，一位七段数码管。5.2单片机最小系统部分5.2.1MCS-51系列单片机概述MCS-51系列单片机是一种高性能的8位机系列，广泛应用于各种小型控制系统中，其引脚图如图所示。本论文采用的AT89C51单片机是AMTEL公司生产的MCS-51系列的兼容产品，与MCS-51指令系统兼容，系统结构相同，CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器。全部支持12时钟和6时钟操作。AT89C51包含128字节RAM、32条I/O口线、3个16位定时/计数器、6输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O口（可用于多机通信I/O扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路）。图3MCS-51系列单片机CPUROMRAM定时器/计数器I/O接口电路时钟5图4MCS-51引脚图5.2.2MCS-51系列单片机的并行I/O口接口电路是微机必不可少的组成部分，并行输入确出接口是CPU和外部进行信息交换的主要通道。MSC－51系列单片有4个8位并行双向I/O口P0～P3，共32根I/O线。每一根线能独立用作输入或输出。单片机可以外接键盘、显示器等外围设备．还可以进行系统扩展，以解决硬件资源不足问题。4个并行口都是双向口，既可以输入又可以输出。P0、P2口经常作外部扩展存储器时的数据、地址线，P3口除作I/O口外，每一根都有第二功能。这4个I/O口结构基本相同，但仍存在差别。（1）P1口是最常用的I/O口如图所示，因为不作数据地址线，其结构中没有数据地址线，也没有多路开关MUX，输出驱动电路接有上拉电阻。P1口输入输出时与P0作I/O时相似，输出数据时．先写入锁存器，经Q端反相，再经场效应管反相输出到引脚。输入时，先向锁存器写l，使v管截止．外部引脚信号由下方读缓冲器送入内部总线，完成读引脚操作。P1口也可以读锁存器。外部提升电阻将引脚拉升至高电平，但输人的低电平信号能将其拉低，不会影响低电平的输入。6图5P1口位结构（2）P2口的位结构比P1多了一个控制转换部分如图5所示，结构与P0口基本相似，如下图所示。P2口改P0推拉式输出驱动电路为上拉电阻式，当控制信号s为低电平，作I/O口使用时，多路开关MUX使锁存器输出端Q与输出驱动输入端接通，构成一个准双口。此外，当外部扩展存储器时，P2口常做高8位地址线使用。图6P2口位结构下表中概括了单片机中使用到的并行口P1、P2功能：P2.n锁存器P2.nQQD读锁存器写锁存器内部总线读引脚TVCC地址控制内部上拉电阻MUXP1.n锁存器P1.nQQD读锁存器写锁存器内部总线读引脚内部上拉电阻TVCC7表1P1、P2功能一览表（3）P3口的位结构图如图。P3口为双功能口，当P3口作为通用I/O口使用时，它为准双向口，且每位都可定义为输入或输出口，其工作原理同P1口类似。图（7）P2口位结构P3口还具有第二功能，其引脚描述如表2。对于输出而言，此时相应位的锁存器必P3.n锁存器P3.nQQD读锁存器写锁存器内部总线读引脚TVCC第二输入功能第二输出功能内部上拉电阻8须输出为“1”，这样才能有效输出第二功能。对于输入而言，无论该位是作为通用输入口还是作为第二功能输入口，相应的锁存器和选择输出功能端都应置“1”，这个工作在开机或复位时完成。表2P3口的第二功能P3口是一个双功能口，分为第一功能和第二功能，编程时不必事先由软件设置P3口为第一功能还是第二功能。当CPU对P3口进行访问时，有内部硬件自动将第二功能输出线W置“1”，这时P3口作为通用I/O口；当CPU不对P3口访问时，即用第二功能输入/输出时，由内部硬件使锁存器Q为“1”。在该试验中用到的就是单片机P3口的第二功能，利用P3^0,P3^1口的第二功能，串行口的数据接收和发送端。5.2.3MCS-51系列单片机的工作方式和时序单片机应用系统中，除了基本计算机系统单元电路外．还需配备完整的外围电路、以完成复位、掉电保护、提供时钟、节电等功能。（1）时钟电路：单片机内部有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1和XTAL2引脚外接石英振于或陶瓷振子、微调电容组成振荡器如图13所示。该振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。振荡器若外接的是石英扳子，微调电容通常选择30pF；外接陶瓷娠子时选样47pF。振荡频率范围选择1.2—12M。MCS5-51系列单片机也可以采用外接时钟，9这时XTAL2脚用来输入外部时钟信号(XTAL2脚为内部时钟电路的输入端)，XTALl脚则接地如图13－b所示。对于CHM05工艺制造的80C51单片机，则应从XTALl脚输入外部时钟信号，XTAL2脚悬空。(a)外接石英晶体振荡电路（b）外接时钟电路图8两种单片机时钟电路(a)上电复位(b)按键电平复位(c)RC放电过程(d)电平复位过程图9单片机常用复位电路10（2）复位电路：复位使单片机处于起始状态，并从此状态开始运行MCS5-51单片机RST引脚为复位端，该引脚连续保持2个机器周期(24个时钟振荡周期)以上的高电平。可使单片机复位。本论文使用的是外部复位电路，单片机在启动后要从复位状态开始运行，因此上电时要完成复位工作，称上电复位，如图14－a所示。上电瞬间电容两端的电压不能发生突变，只RST端为高电平＋5v，上电后电容通过及RC电路放电RST端电压逐渐下降，直至低电平0V，如图14－c所示。适当选择R、C的值，使RST端的高I电平维持2个机器周期以上即可完成复位。单片机L在运行过程中，出于本身或外并干扰的原因会导致出错。这时可按复位键以重新开始远行，按键复位可分为按键电平复位或按健脉冲复位，如图14－b所示。按键脉冲复位和上电平复值的原理是一样的，都是利用RC电路的放电原理，如图14－d所示。让RST端能保持一段时间的高电平，以完成复位，按键电平复位时，按键时间也应保持在两个机器周期以上。根据设计要求和计算简便的原则，我们选择12M的石英晶振、30PF的电容、+5V电源，最小系统如下：图10单片机最小系统5.3串行转并行部分5.3.174ls164的概述在单片机系统，有时并行口的I/O资源不够，而串行口又没有其他的作用，就可以11用74LS164来扩展并行I/O口，节约单片机资源。74LS164是一个串行输入并行输出的移位寄存器。并带有清除端。特别是像AT89C2051这样只有15