数码管显示拨码开关编码报告

编号：

单片机控制应用

实训说明书

题目：数码管显示拨码开关编码

院（系）：机电工程学院

专业：机械制造工程

学生姓名：卢仙娇、苗玉龙、石善辉

学号：0901120703、0901120707、

0901120711

指导教师：范勇

2012年1月13日

《数码管显示拨码开关编吗》设计报告目录

一、设计题目 (2)

二、设计内容与要求 (2)

三、设计目的意义 (2)

3.1设计目的 (2)

3.2设计意义 (2)

四、系统硬件电路图 (3)

4.1Proteus软件简介以及仿真电路图 (3)

4.2 Protel99SE简介以及所绘图形 (4)

五、程序流程图与源程序 (8)

5.1主程序流程图 (9)

5.2子程序流程图 (9)

5.3源程序 (10)

六、系统功能分析与说明 (11)

6.1 8051单片机介绍 (11)

6.2单片机系统设计步骤 (18)

七、设计体会 (19)

八、参考文献 (20)

一、设计题目

数码管显示拨码开关编码

二、设计内容与要求

用8051单片机控制系统显示拨码开关所设置的编码000~255。

三、设计目的意义

3.1 设计目的

1、了解单片机系统中实现LED动态显示的原理及方法；

2、详细了解8051芯片的性能及编程方法；

3、了解单片机系统基本原理，了解单片机控制原理；

4、掌握AT89C51输入/输出接口电路设计方法；

5、掌握AT89C51程序控制方法；

6、掌握单片机汇编编程技术中的设计和分析方法；

7、掌握使用PROTEUS软件进行仿真的方法。

8、学会使用并熟练掌握电路绘制软件Protel99SE；

9、掌握电路图绘制及PCB图布线技巧。

3.2 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AT89C51设计出题目所要求的数码管动态循环显示，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。

四、系统硬件电路图

4.1 Proteus软件简介以及仿真电路图

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。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。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，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、A VR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：

（1）原理布图

（2）PCB自动或人工布线

（3）SPICE电路仿真

革命性的特点：

（1）互动的电路仿真

用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

（2）仿真处理器及其外围电路

可以仿真51系列、A VR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。

图4-1所示为使用proteus软件建立的模型，经仿真，程序实现了预定功能。

图4-1 使用proteus建立的仿真模型

4.2 Protel99SE简介以及所绘图形

Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT/XP操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器

件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。

Protel99SE的系统组成

按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下两大部分和6个功能模块。

1、电路工程设计部分

（1）电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。

（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。

（3）自动布线系统（Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。

2、电路仿真与PLD部分

（1）电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。

（2）可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。

（3）高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。

Protel99SE的功能特性：

（1）开放式集成化的设计管理体系

（2）超强功能的、修改与编辑功能

（3）强大的设计自动化功能

鉴于Protel99SE有如此强大功能，因此在本最小系统设计中使用Protel99SE制图，所制电路原理图和PCB图如下所示。

图4-2 电路原理图

图4-3 单片机Protel图

图4-4 晶振电路

图4-5 复位电路

图4-6 PCB电路图五、程序流程图及源程序

5.1 主程序流程图

图5-1 主程序流程图5.2 子程序流程图Array

图5-2 定时器0中断流程图

5.3 源程序

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code duanma[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; // 共阴极数码管显示0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

void delay(uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

} //延时函数

//主函数

void main()

{

uint mun, ge, shi, bai;

P0 = 0x00;

P2 = 0xff;

while(1)

{

mun = P1;

ge = mun%10; //个位赋值

shi = (mun%100)/10; //十位赋值

bai = mun/100; //百位赋值

P2 = 0xbf; //开始扫描

P0 = duanma[ge];

delay(1);

P2 = 0xdf;

P0 = duanma[shi];

delay(1);

P2 = 0xef;

P0 = duanma[bai];

delay(1);

}

}

六、系统说明与设计分析

6.1 8051单片机介绍

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

图6-1 AT89C51封装图

1、主要特性：

·与MCS-51 兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

·寿命：1000写/擦循环

·数据保留时间：10年

·全静态工作：0Hz-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

其包含中央处理器（CPU）、存储器（程序存储器ROM和数据存储器RAM）、定时/计数器、并行I/O接口（P1、P2、P3、P0共4个8位口）、一个双工串行接口和5个中断源等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线三大总线等结构组成。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。

图6-2 MCS－51结构框图

MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：

图6-3 AT89C51引脚图

P0口：

图6-4 P0口位结构原理图

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

图6-5 P1口位结构原理图

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

图6-6 P2口位结构原理图

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

图6-7 P3口位结构原理图

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

表6-1 P3口特殊功能表

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出

正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时

目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

2、振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

3、芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

4、编程与校验

图6-8 89C51的闪速存储器编程和校验

6.2 单片机系统设计步骤

1、理解设计任务要求（通过阅读有关资料及调查研究）；

2、对总体方案进行分析、论证，验证其可行性；

3、系统硬件电路的设计,使用Protel软件制作硬件电路图。根据PCB图制作系统硬件

电路板并焊上相关元件，检测线路是否导通；

4、系统控制软件的设计：

1)以功能明确、相互界面能清晰分割的软件程序为基础，确定主程序流程框图；

2)以主程序流程框图为基础，确定各模块程序算法及实现的功能，进一步确定各模

块程序流程框图；

3)根据软件流程框图，用汇编语言或C语言编写主程序和延时子程序；

4)系统软件仿真、硬件制作、硬件的调试；

5)编写课程设计说明书，答辩验收。

七、设计体会

通过完成这次单片机系统设计任务，不仅使我加深了对单片机的理论认识，还提高了自己的动手实践能力，此外，还锻炼了自学能力以及培养了合作意识。

1、理论方面。我认真阅读了一些单片机方面的资料，包括书籍和网上下载的资料，弥补了之前对单片机认识的不足，重新认识了单片机。本科阶段参加过单片机方面的课程，那时虽然也努力学习，初步对单片机有了一定的认识，但是这次是针对具体任务进行深入的学习和练习，从而对单片机的原理获得了更深的认识。

2、实践方面。这次单片机系统的制作从仿真开始。先是使用Proteus仿真软件建立了仿真模型，之后用Keil软件编写汇编程序，随后进行在仿真模型中仿真，最初几次仿真都不成功，经历几次失败后，我找到原因，最后仿真成功，这些失败教训积累了实践经验。接下来是使用Protel99se画电路原理图以及PCB图。这两样之前没有独立画过，这次完全要靠自己，经过请教以及自己的摸索，成功画出两样图形，不过，由于经验不足，某些地方欠妥。

最后阶段是制作PCB实物、焊接以及调试。之前制作PCB不是独立完成的，这次是在同学指导下独立完成的，通过制作PCB提高了自己的动手能力，焊接过程发现自己设计的PCB有些地方不是很合理，这是实践中得来的教训。由于十分小心地设计以及制作PCB，调试的过程还算很顺利，第一块板子便成功，而其他人好多是第二块甚至第三块板子才做成功。这些独立完成的过程大大提高了自己的动手能力。

3、自学能力方面。这次从看书到设计，再到制作实物，均是独立完成，有许多东西是之前没接触过的，比如使用Proteus仿真、画原理图、画PCB图，这些都是在完全没有做过的情况下自学然后实践的，对于自学能力是一种磨练，实践证明，这些内容提高了自学能力。

4、合作方面。这次完成单片机系统，不是完全一个人在做，而是整个组员的人在做，有许多问题一个人是解决不了的，经过交流和探讨，许多方法得以提出，很好的解决了问题，这是交流和合作的结果。有时是自己请教别人一些不擅长的知识或技能，有时是别人请教自己，这样互相弥补不足，双方均有提高，这就是合作的意义。

总之，这次完成单片机系统设计的过程是一个综合的过程，使自己的许多方面的能力得以提高。