单片机课程设计

课 程 设 计 说 明 课程名称：《单片机技术》

设计题目： 基于51单片机的数码管电路设计

2017年 4 月 14 日

书

目录

课程设计任务书 ..................................................................................................................... 1 基于51单片机的数码管电路设计 ........................................................................................... 2 1．设计背景 ........................................................................................................................... 3

1.1设计课程及目的 ........................................................................................................ 3 1.2相关技术与应用领域 ................................................................................................. 3 2．设计方案 ........................................................................................................................... 5

2.1 基于51单片机的数码显示电路组成 ....................................................................... 5 2.2电路设计 ................................................................................................................... 5 3．方案实施 ........................................................................................................................... 7

3.1显示方式论证 ............................................................................................................ 7 3.2硬件设计 ................................................................................................................... 7

3.3.软件流程图 ....................................................................................................... 9

4．结果与结论 ..................................................................................................................... 10

4.1课程设计结果 .......................................................................................................... 10 4.2结论 ........................................................................................................................ 10 5．收获与致谢 ..................................................................................................................... 11 6．参考文献 ......................................................................................................................... 12 7．附录 ................................................................................................................................ 12

7.1字符显示电路原理图 ............................................................................................... 12 7.2基于LM7805的电源电路 .......................................................................................... 13 7.3实物展示 .................................................................................... 错误！未定义书签。 7.4程序 ........................................................................................................................ 13 7.5元器件清单 ............................................................................................................. 16

课程设计任务书

设计题目 学生姓名 设计要求： 设计并制作一个基于51单片机的数码管显示字符电路。在本电路中，按下不同的按键，数码管显示相应的字符。共阳极LED数码管的公共端接5V，其余分别与P1口通过一个限流电阻相连。当P1端口某个引脚输出低电平，则该段发光；如输出高电平，则该段发光。 学生应完成的工作： 基于51单片机的数码管电路设计 所在学院 专业、年 级、班 参考文献阅读： [1] 从宏寿编著 《电子设计自动化》 西安电子科技大学出版社 2012年 [2] 戴胜华等编著 《单片机原理与应用》清华大学出版社 2006年 [3] 郭天祥 《51单片机C语言教程》电子工业出版社 2008年 [4]张洪润等编著 《电子器件原理及应用》 科学出版社 2009年 工作计划： 4.5-4.6讨论，优化并确定系统硬件方案 4.7讨论并确定程序流程，逐步开始撰写课程设计报告 4.8 讨论、优化最终完成系统软件设计 4.9 根据程序流程图，编写程序 4.10-4.11系统硬件电路制作烧录程序系统调试 4.13-4.14完成课程设计报告的撰写 集中检查收取组员课程设计报告 任务下达日期：2017 年4月 5 日 任务完成日期：2017 年4月 14 日 指导教师（签名）：学生（签名）：

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基于51单片机的数码管电路设计

摘 要：

单独的发光二极管是一个简单的LED，通过控制其亮灭来作为信号指示，一般用于电源指示灯、工作状态指示等。单个发光二极管使用比较简单。

LED数码管是由若干个发光二极管组成的显示字段的显示器件，一般简称为数码管。当数码管中的某个二极管导通的时候，相应的一个字段便发光，不导通的则发光。LED数码管可以根据控制不同组合的二极管导通，来显示各种数据字符。

单片机应用系统中使用最多的是7段LED，其可以显示十进制数字及一些英文字符。7段LED显示模块可分为共阴极合共阳极。

关键词： 单片机 LM7805 共阳极 数码管 字符

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1．设计背景

1.1设计课程及目的

对于人机交互式单片机系统来说，不仅需要响应用户输入，同时也需要将一些测控信息输出显示。这些显示信息可以提供实时的数据或图形结果，以便于掌握系统的状态并进行分析处理。目前，在单片机系统中最常用的是LED数码管显示。其成本低廉、使用简单，可以显示数字或几个特定的数字。ATC51单片机书各种单片机中最具有代表性的一种。这次课程设计通过对其学习、应用，从而达到学习与设计和开发硬件的能力。

1.2相关技术与应用领域

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的处理器的CPU，随机存储器RAM，只读存储器ROM，多输入输出和中断系统，定时器/计数器等功能集成到一个硅片上构成一个小儿完善的计算机系统。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。单片机技术作为计算机技术的一个重要的分支，广泛应用于工业控制、智能化仪器，家用电器，甚至电子玩具等各个领域，它具有体积小、功能多、价格低廉、使用方便、系统设计灵活等优点。因此，单片机的学习与开发和应用将造就一批计算机应用与智能化控制的工程师和科学家。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。.在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积 小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪 器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。 例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）；在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控 制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等；在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、 其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在；在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用 提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从 手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等；单片机在医用设

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备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例 如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪及病床呼叫系统等等。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。

单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。

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2．设计方案

2.1 基于51单片机的数码显示电路组成

基于51单片机的数码管字符显示电路由电源模块，时钟模块，复位模块，按键输入模块。 如图2.1所示：

时钟电路 复位电路 键盘 ATS52 数码管

图2.1 基于51单片机的数码显示电路组成图

2.2电路设计

电源模块

方案一采用可调电源芯片。LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。

其主要性能参数如下： 输出电压：1.25-37V DC； 输出电流：5mA-1.5A；

芯片内部具有过热、过流、短路保护电路；

最大输入-输出电压差：40V DC，最小输入-输出电压差： 3V DC；使用环境温度：-10-+85℃。

LM317可调式三端稳压依靠外接电阻来调节输出电压的，为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的电阻，同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。

方案二 采用7805 7805三端稳压IC内部电路具有过压保护、过流保护、过热保护功能，这使它的性能很稳定。能够实现1A以上的输出电流。器件具有良好的温度系数，因此产品的应用范围很广泛。可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节相关的分散问题，输

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出电压误差精度分为±3%和±5%。7805三端稳压IC在电路运用中应注意输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏。最高输入电压7805和LM317都是应用最为广泛的电源集成芯片，都可以满足本电路的需求，但是用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，所以考虑到节约成本以及易操作性决定采用7805三端稳压器来做。

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3．方案实施

3.1显示方式论证

以共阳数码管为例：动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划\"a,b,c,d,e,f,g,dp\"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。数码管由7个发光二极管组成,行成一个日字形,它门可以共阴极,也可以共阳极.通过解码电路得到的数码接通相应的发光二极而形成相应的字,这就是它的工作原理.其实动态的就是一个扫描问题，静态不是扫描，是加一个恒定的高电平亮，低电平灭。

3.2硬件设计

单片机P2口分别接8个开关电路，当按键开关断开时，端口输入高电平，当按键开关闭合时，端口输入高电平。单品及程序扫描端口，更具端口的输入电平，决定如何显示数码管。如图3.1所示：

图3.1开关接口

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图3.2复位电路图3.3时钟振荡电路

单片机的硬件复位基本特点是在RST引脚输入两个以上机器周期的高电平，便可实现硬件复位。如图3.2 所示电路采用的复位电路，既可以上电复位，也可以手动按复位按键复位。在图中的电阻电容值为参考值。一般电阻电容的取值随时钟频率的不同变化而变化。

由于ATS51内部含有一个振荡器，可以直接作为CPU的时钟源。这里采用片内震荡期的工作方式。如图3.3所示，在XTAL1和XTAL2之间连一个12MHz的石英晶体及两个陶瓷电容，构成并联谐振电路。

图3.4数码管接口

如图3.4所示P1端口通过470Ω的限流电阻与8段共阳极数码管相连，数码管的公共端连接5V电源正极。P1端口各个引脚输出低电平时，发光二极管导通，LED发光；P1端口各

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个引脚输出高电平，发光二极管截至，LED不发光。

3.3.软件流程图

（一）主程序流程图

结束 指令执行单片机向七段数码管送出相应的字形码显示相应字符 扫描到信号得到键盘码 延时10ms，减缓抖动 初始化 开始 N 按键是否按 Y 9

4．结果与结论

4.1课程设计结果

将程序烧入单片机中，通电后，分别按下S0~S7及其组合按键，LED数码管显示分别为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E个14个字符。

4.2结论

本次基于51单片机的数码管字符显示的设计达到了满意的预期效果。将程序烧入单片机中，按下开关按钮，接通电源，分别按下S0-S7及其组合按键，LED数码管显示分别为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E个14个字符，显示效果显著。另外，在发散思维的引导下对该项目有了功能延伸性设想。比如该设计可以用于相应号码对应的库门开启与关闭（增加继电器），也可以拓展显示位数，例如将单位数码管换成四位数码管，键盘电路改进为矩阵型连接方式，最大显示可以为FFFF。节约了键盘方便了显示与控制，提高了工作效率，降低了设计成本。由于本设计与此想法相关不大，所以在此不再赘述。

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5．收获与致谢

在这次单片机设计制作中，对单片机的了解进一步加深，加深了PRETAL软件的应用。 硬件是项目的骨架，软件的支撑。良好的硬件是软件能够流畅运行的根本。所以本组成员对硬件的搭建，元件的选取，原理图设计，方方面面尽心尽力，进行了二十余次的删减优化。抱着不怕困难的思想 组员团结一心。不止在自己的刻苦学习下掌握了这些解决问题的方法，能力也得到了相应的提高。

单片机作为我们的主要专业课之一，在这次课程设计中，我们发现单片机课程设计是十分有趣的。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力，如何把我们所学的专业基础理论知识运用到实践中去呢?课程设计就为我们提供了良好的实践平台。要做好一个课程设计，就必须需要我们分工明确，对所用的单片机的内部结构由一个系统的了解，知道所用单片机内部有哪些资源，要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图，在设计程序时，我们反复修改，不断改进程序设计的必经之路，以达到程序简单化。

回顾此次的课程设计，从理论到实践，在两周的时间里，可以说是困难重重，难关一次次被我们踏平，恶意说是苦尽甘来，在整个课程设计过程中学习了很多东西，不仅巩固了以前所学的知识，而且学到了书本不上所没有的知识，通过这次的课程设计把理论知识与实践结合起来，从理论到实践，再从实践到理论中去，从而加生理论知识的加深。

感谢学校给我们提供平台来做课程设计，更加感谢老师两周里对我们的细心指导，同时也感谢同心协力共同努力的本组成员。

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6．参考文献

[1] 杜树春.单片机C语言和汇编语言混合编程实例详解.北京：北京航空航天大学出版社，2006.6 [2] 从宏寿编著 《电子设计自动化》 西安电子科技大学出版社 2012年 [3] 戴胜华等编著 《单片机原理与应用》清华大学出版社 2006年 [4] 郭天祥 《51单片机C语言教程》电子工业出版社 2008年

7．附录 7.1字符显示电路原理图 12

图7.1 基于51单片机的数码管字符显示

7.2基于LM7805的电源电路

图7.2基于LM7805的5V稳压电源

7.4程序

#include #include

typedef unsigned char uchar; typedef unsigned int uint;

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#define port2 P1 uchar

table[15]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86};

void delay() { }

void main() {

int i;

for(i=0;i<1000;i++) { }

_nop_ ();

P1=table[0]; while(1) {

switch(P2) {

case 0xfe:P1=table[1];break; case 0xfd:P1=table[2];break; case 0xfb:P1=table[3];break; case 0xf7:P1=table[4];break; case 0xef:P1=table[5];break; case 0xdf:P1=table[6];break; case 0xbf:P1=table[7];break; case 0x7f:P1=table[8];break; case 0xfc:P1=table[9];break;

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case 0xfa:P1=table[10];break; case 0xf6:P1=table[11];break; case 0xee:P1=table[12];break; case 0xde:P1=table[13];break; case 0xbe:P1=table[14];break;

case 0xff:break;

}

}

}

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7.5元器件清单

元器件名称 ATC51 共阳极LED 30pF 10µF电解 按键开关 12.0000MHz 5KΩ 200KΩ 10KΩ上拉排阻 1KΩ上拉排阻 470Ω排阻 LM7805 电解电容 电解电容

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型号规格 U1 D1 C1 C2 C10 S0~S7 Rest Y1 R1 R2 R3 R4 R5 35V 1000uf 16V 220uf 数量 1 1 2 1 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1

指导教师评语： 课程设计报告成绩：，占总成绩比例： 30% 课程设计其它环节成绩： 环节名称： 考勤 ，成绩：，占总成绩比例： 20% 环节名称： 综合 ，成绩：，占总成绩比例： 50% 总 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 本次课程设计负责人意见： 负责人签字： 年 月 日

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