四位拨动开关控制数码管显示系统设计书

1 四位拨动开关控制数码管显示系统设计书 单片机具有人机对话功能，开关，键盘是实现人机对话的主要输入设备，也是最常用的设备，通过它能发出各种控制指令和数据到单片机。而二极管，数码管， 示器是常用的输出设备，单片机接受一系列指令到，执行一定功能后，可通过这些设备输出。 为了更好的掌握单片机的硬件特性以及用汇编语言进行编程设计，我们运用目前所学的知识 ， 来设计 了 一个单片机最小系统 用拨码开关控制数码管显示系统。 案一 使用单片机 ，由 4 位 关从 低四位输入，高四 位输出，译码部分采用 74码器，送往共阳极数码管显示。本方案编程简单，占用 I/O 端口少，但电路设计较复杂，硬件增多，成本增高。 案二 本方案的译码部分由单片机编程实现， 接共阳数码管，由 4 位 关从 软件译码，送往 ，在数码管显示相应的数字。由于译码部分采用了软件实现，省去了译码电路，成本降低，电路设计简单，但编程较方案一复杂，而且占用 I/O 端口多，占用系统资源。 综合考虑，确定采用方案二实现。 2 12348765S?1528入输出电路设计 该设计以 片 机为核心部件， 片机有 4 个双向的 8 位并行 I/0口，分别记为 。本次设计中主要使用 为输入口， 为输出口。 ： 为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每个脚可吸收 8电流。当 时，被定义为高阻输入。 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 程时， 作为原码输入口，当 出原码，此时 部必须被拉高。 ： 是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器 能接收输出4电流。 管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作 输入， 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 程和校验时， 作为第八位地址接收。 本次设计中主要使用 为输入口， 为输出口， 别接数码管的a f 及 别与拨码开关的 4 位相连 ,地屏蔽。同时 和都要接上拉电阻。电路如图 3示 。 图 3输入输出电路 3 1源电路设计 本设计中需要用直流电源提供能量，而把交流电 源变换为直流稳压电源一般需要经过变压、整流、滤波和稳压四个工作步骤。 设计中采用 220V 12V 变压器提供 12V 交流电。 本设计通过 2堆单相桥式整流电路将交流电压变成脉动的直流电压，整流主要利用二极管的单向导电作用来实现的。 由于整流后的电压还有较大的交流成分，因此必须通过滤波电路加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。常见的有电容滤波、电感滤波等电路形式。本设计中采用 10001 并联在负载两端进行滤波。 经过滤波后得到的输出电压还会随电网电压波动、负载和温度的变化而变化，因此，在整流、滤波 电路之后，还需要稳压电路，以维持输出电压的稳定。本设计中采用三端集成稳压器 7805 进行稳压， 于防止稳压器自激，取 于抑制稳压器的纹波， 电源指示灯。 电源电路如图 3示。 图 3源电路 4 钟电路设计 片机各功能部件的运行都以时钟控制型号为基准，有条不紊、一拍一拍地工作。该设计中的时钟电路采用内部时钟方式。 部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，它的输入端为芯片 19 引脚 出端为 18 引脚 两个引脚跨接石英晶体和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器，图 3 图 3部时钟方式电路 电路中的电容 选择典型值 30电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体振荡器的频率选择 12体振荡器的频率越高，系统的时钟频率越高，单片机的运行速度越。另外，在连接电路时，晶体与电容尽可能安装的与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地 工作。 5 位电路设计 复位是由外部的复位电路实现的。 复位引脚 过一个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 密特触发器的输出电平有复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。 本设计采用的是按键电平复位方式。通过 9 引脚 经电阻与电源通来实现，具体电路如图 3示。 复位电路中的 R 和 C 参数的选取要统一考虑，以保证可靠复位。即要要给 复位引脚 大于两个 时钟周期的高电平信号。本设计中 电容 C 取 22R 取 1K，就可保证单片机可靠复位。 图 3键电平复位电路 件设计 根据要求：程序先给数码管送数字“ 8”，然后拨动 关， 数码管显示对应的数字 “0”-“F”。程序流程图如图 3示： 6 根据要求，用汇编语言编写的 程序如下 : 20H 21H 22H 23H 24H 25H 26H 00H 30H ;上电程序从此处开始进行 00H ;初始化寄存器 00H 数码管显示 8 复位键是否按下 关输入数据 表送数码管显示 图 3程序流程图 开始 7 0 ;读端口前初始化端口 0 0 0 A, ;读一下 口 ,保存当前端口状态 ;调延时 A, ;再读端口状态 A, 00H ;没变化 ,显示 8 ;跳回重新检测 ;调显示子函数 0 ;清每个开关按下代表的值寄存器 0 0 0 00H ;清开关值和寄存器 00H A, ;读 A,#0 ;屏蔽高 4 位 ( ;调延时 ,按键消抖 ;没合上 ,跳转判断 1 ;开关合上 ,键值赋 1 ;没合上 ,跳转判断 2 ;开关合上 ,键值赋 2 ;没合上 ,跳转判断 8 4 ;开关合上 ,键值赋 4 ;没合上 ,跳转键值累加 8 ;开关合上 ,键值赋 8 C ;键值累加 A, A, A, A, ;没进 位 ,跳转 1 ;有进位 ,和高位赋 1 ;返回主循环 0 ;和高位赋 0 ;返回主循环 ;指定查表起始地址 A, ;取和个位数 A,A+ ;查个位数的 7 段代码 ;送出个位的 7 段代码到 ;1时子程序 2 248 1 9 ;对应数据代码 9H,92H,82H,0B 80H,90H,88H,83H,06H,8 按照附件 2 所示的原理图，根据连线优美简单的原则进行电路设计，然后进行电路的焊接。由于本设计中元器件比较多，线路较为复杂，焊接是要小心，谨慎，不要出现短路。 在焊接电路时，晶体与电容尽可能安装的与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作。 还有芯片容易被烧坏，等到焊接完成要调试 时，再把 片安装上。焊接后的实物如图 4示。 图 4焊接实物图 把上述源程序在 件中进行编译后，把生成的 16 进制文件烧写到 后接上 12V 的电源进行调试。调试结果如下所示。 上电后默认为 “8”，调整 4 位 关按二进制输入： 10 当 关为“ 0000” ,数码管显示“ 0”； 当 关为“ 0001” ,数码管显示“ 1”； 当 关为“ 0010” ,数码管显示“ 2”； 当 关为“ 0011” ,数码管显示“ 3”； 当 关为“ 0100” ,数码管显示“ 4”； 当 关为“ 0101” ,数码管显示“ 5”； 当 关为“ 0110” ,数码管显示“ 6”； 当 关为“ 0111” ,数码管显示“ 7”； 当 关为“ 1000” ,数码管显示“ 8”； 当 关为“ 1001” ,数码管显示“ 9”； 当 关为“ 1010” ,数码管显示“ A”； 当 关为“ 1011” ,数码管显示“ B”； 当 关为“ 1100” ,数码管显示“ C”； 当 关为“ 1101” ,数码管显示“ D”； 当 关为“ 1110” ,数码管显示“ E”； 当 关为“ 1111” ,数码管显示“ F”； 按复位键后，数码管显示为“ 8”。 当 关为“ 0111” ,数码管显示“ 7”的实物照片如 4示。 图 4数码管显示 “7”时的实物照片 11 该系统所实现的功能与要求一致，接上电源后，电源指示灯亮，数码管显示“ 8”，拨动 关后，数码管显示 “ 0” “ F”，按下复位键后，数码管仍显示 “ 8”。 这次单片机课程设计真可谓是一波三折，刚开始确定电路方案时，由于我们的理论知识有所欠缺，确定的方案，电 路设计较复杂，硬件较多，成本较高，后来在我们指导老师 范秋凤范老师 的指导下，我们又确定了方案二，成本降低，电路设计也较为简单。在这里，我要对我们组的指导老师 范秋凤范老师表示衷心的感谢，我们这次设计的完成与她的悉心指导是分不开的，谢谢。 在后来焊接的电路时，我主要负责的是电源模块的焊接，由于我的疏忽大意，把2堆要接在变压器上的两个管脚接在了电源电路中，把要接电路中的两个管脚留作了接 12V 电源的线，这给我们后面调试造成一些困扰。整个电路的线路不算复杂，所以焊接也还算顺利。由于我们没有变压器，所以我们在 下面调试时，采用了 3 节 端，电路供电后，拨动拨码开关，数码管不显示，第一次调试以失败告终。 第一次调试失败后，我们组成员就分工合作，来找出问题所在。我主要负责检查电路，由于我们焊接电路时为了追求美观，有些线路的焊接是从元器件底部拉的线，所以检修电路也比较麻烦，仔细对照原理图，确认焊接无误，我们组的其他成员也确认程序编写也无误后，我又把程序烧到单片机中，进行第二次调试，这次调试比上次稍好些，我们的数码管 d 和 e 这两段始终不亮，这就使我们要显示的结果只有 1， 4， 7 这三个数是正确的。准确的说，第二次调试又以失败告终。不过，这次调试让我们知道了具体问题出在了什么电路模块。我们用万用表测量数码管各个管脚与单片机连接的线路是否是通路，经测试发现所有线路都是通路。我们组一致认为是数码管坏了，为了验证我们的观点是正确的，我们特意在单片机 和数码管 d 脚之间接了一个发光二级管，接通电源后，发现二极管亮了，证明我们的观点是正确的。最终，由于没有多余的数码管，我们设计的系统显示的结果不够完整。 总之，通过两周的课程设计，我受益匪浅。首先，本次课程设计不仅加深了我对直流稳压电源电路的理解 ，而且也使我对单片机有了更深认识。同时在具体的制作过程中，我发现书本上的知识与实际应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理性化后的 12 结论，忽略了很多实际的因素。我们不得不考虑这方面的问题，我们无法根据书上的理论轻易得到预想的结果。通过这次实践，使我深刻认识到理论联系实际的重要性 。 1 张毅刚 ,彭喜元 ,彭宇 M高等教育出版社， 2 何立民 M北京航空航天大学出版社， 3 胡汉才 机原理及其接口技术 M清华大学出版社， 1996 4 施隆照 其应用 J) 13 附件 表 1 元器件清单 元器件名称 型号规格 数量 备注 1 40 插座 1 2堆 1 7805 1 万能实验板 1 晶振 1 光二级管 1 按键 1 开关 1 4 位拨动开关 1 电阻 1