八段数码管

- 1 摘要 本次课程设计主要是以单片机程序设计和需求分析和功能分析为主。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能，集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。在我们的生活中，很多方面上都要用到单片机。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。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。本次课程设计主要是实现八段数码管的动态显示设计，需对Keil C51软件，8155 I0/RAM扩展芯片的工作原理、74LS164器件的工作原理、延时程序的方法以及数码管动态显示的工作原理非常熟悉。

关键字：单片机；工作原理；需求分析；功能分析 - 2

目录 摘要……………………………………………………………….1 第一章 基本原理……………………………………………….. 3 1.1单片机介绍………………………………………………. 3 1.2单片机的工作过程……………………………………….. 4 1.3实验的基本原理…………………………………………….. 5 第二章 设计简介及设计方案论述………………………… 6 2.1硬件设计………………………………………………….. 6 2.2软件设计…………………………………………………… 7 2.3程序框图………………………………………………….. 10 第三章 总结………………………………………………….. 11 附录：程序代码…………………………………………….. 12 参考文献…………………………………………………….. 14 - 3

第一章 基本原理 1.1单片机介绍 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费 - 4

很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！

1.2单片机的工作过程

单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。 程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令， - 5

PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。 我们这次课程设计的主要目的主要是用C51语言写程序来驱动Atmel89C51单片机，并通过超想综合实验仪的8155键显模块来实现八段数码管的显示。

1.3实验的基本原理

本实验仪提供了8 段码数码管显示电路，学生只要按地址输出相应数据，就可以实现对显示器的控制。显示共有6 位，采用动态方式显示。8 段数码管是由8155 的PB0、PB1 经74LS374“串转并”后输出得到。6 位位码由8155 的PA0 口输出，选择相应显示位。74LS374 是串行输入并行输出转换电路，串行输入的数据位由8155 的PB0 控制，时钟位由8155 的PB1 控制输出。写程序时，只要向数据位地址输出数据，然后向时钟位地址输出一高一低两个电平就可以将数据位移到74LS374 中，向显示位选通地址输出高电平就可以点亮相应的显示位。本实验仪中数据位输出地址为08002h，段码输出地址为08004h。 - 6

第二章 详细设计 单片机应用系统的调试包括硬件和软件两部分，但是它们并不能完全分开。一般的方法是排除明显的硬件故障，再进行综合调试，排除可能的软硬件故障。 拿到电路板后，首先要检查加工质量，并确保没有任何方面的错误，如短路和断路，尤其要避免电源断路，元器件在安装前要逐一检查，用万用表测其数值，看是否与所用相同，若一切正常，才能讲扩展单片机连接仪器和电脑，在此检查是否能与电脑通信，然后再使用软件加载程序，最后观察实验结果。本次实验的实验结果与预期结果基本一致，能够正确显示预期的数字并进入循环。

2.1硬件设计 - 7

2.2软件设计 七段数码管的字型代码表如下表：

显示字形 g f e d c b a 段码

0 0 1 1 1 1 1 1 3fh

1 0 0 0 0 1 1 0 06h

2 1 0 1 1 0 1 1 5bh - 8

3 1 0 0 1 1 1 1 4fh

4 1 1 0 0 1 1 0 66h

5 1 1 0 1 1 0 1 6dh

6 1 1 1 1 1 0 1 7dh

7 0 0 0 0 1 1 1 07h

8 1 1 1 1 1 1 1 7fh

9 1 1 0 1 1 1 1 6fh

A 1 1 1 0 1 1 1 77h - 9

B 1 1 1 1 1 0 0 7ch

C 0 1 1 1 0 0 1 39h

D 1 0 1 1 1 1 0 5eh

E 1 1 1 1 0 0 1 79h

F 1 1 1 0 0 0 1 71h - 10

2.3程序框图 - 11

总结 通过这次实验让我们对单片机有了一定的了解，在以前，我们从来不了解单片机，更不知道单片机有什么作用。通过这次做实验我们也查了不少关于单片机的资料，对单片机有了一个全新的认识，为以后的学习奠定了基础。通过这次课程设计我发现，理论结合实际是非常重要的，在课程设计刚开始的时候，我们先是学习了一些单片机的一些基本原理，但是我们实际并不知道单片机是怎样工作的，通过实际操作，我们对单片机有了更深刻的认识，也知道了理论联合实际的重要性，也从中得到了很多书本上无法获得的知识。自己今后将会更加的把理论知识和实际应用结合起来，提高自己的能力。同时我们也要感谢老师对我们的帮助，我们虽然学的专业和这次课程设计的内容有所不同，但是多学一些对我们也有莫大的好处。