片机课程设计--- 单片机动态扫描显.doc

哈尔滨学院工学院电子信息工程专业课程设计报告专业（电子）课程设计报告题目： 单片机动态扫描显示院（系）：工学院专 业：电子信息工程年 级：2010级姓 名：黄任军学 号：10043112指导教师：刘宏老师2013 年 12 月 日电子信息工程专业10级学生单片机原理课程设计任务书课程设计题目六、单片机动态扫描显示指导教师刘 宏职称高级工程师设计任务和要求：1基本要求(1) 采用Max7219或Max7221设计8位LED动态扫描显示电路(2) 可以显示8位任意数字(3) 显示位数可调，亮度可调2.设计步骤(1) 使用Proteus按设计要求绘制电路图。(2) 按要求编写相应程序。(3) 使用Proteus仿真程序，对程序进行调试。(4) 撰写课程设计报告3撰写课程设计报告课程设计报告内容包括题目、摘要、目录、正文、结论、致谢、参考文献等。学生在完成上述全部工作之后，应将全部内容以先后顺序写成设计报告一份，阐述整个设计内容，要求重点突出、特色鲜明、语言简练、文字通畅，字迹工整。报告书以A4纸打印，装订成册（文字不少于3000 字）。 （2013年季） 摘要：本次课程设计是基于AT89S52单片机控制的8位LED动态扫描显示电路的设计及Proteus仿真。首先本文对AT89S52单片机原理做了介绍，然后对max7219进行了概括，分析了动态扫描显示系统的工作原理，经过分析,设计出能实现动态扫描显示系统的硬件原理图和软件流程图。最后利用Proteus仿真软件对该系统进行仿真，达到了预期效果。 关键词：AT89S52系统；max7219驱动；Proteus仿真。1. 课程设计目的 研究基于单片机控制动态扫描显示系统的工作原理，选用合适的单片机控制七段码显示器，运用动态扫描的原理和特点，设计相应的硬件电路，并配合相应的软件编程，使用Proteus仿真软件和伟福仿真软件，实现动态扫描显示。具体目的与内容有：（1） 掌握七段码显示系统的工作原理；（2） 掌握一种单片机应用，如AT89S52；（3） 掌握Keil程序设计软件；（4） 掌握Proteus仿真软件；（5） 设计相应的硬件电路；（6） 编写相应的软件程序； 使用Proteus仿真软件，实现动态扫描显示。2. 系统结构及硬件电路设计 2.1 系统的结构框图及工作原理AT89S52最小系统驱动模块电源模块显示模块图2.1 系统结构框图本系统采用单片机AT89S52为显示屏的控制核心，系统主要由四个模块：电源模块、AT89S52最小系统、LED驱动模块、LED显示模块构成:电源模块作为整个系统的各个模块提供稳定的电源。AT89S52最小系统作为控制系统，控制着整个系统的功能实现。max7219提供驱动和以及与单片机的控制接口。LED七段码显示模块用来显示效果。 2.2 电源管理模块本系统中芯片的工作电压有5V。可以利用外部9V电池然后利用7805进行电压调整获得5V稳定电压值。7805为3 端正稳压电路，提供固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。图2.2 5V电源模块图 在图2.3中，D1为电源指示灯，用以指示电源正常工作。图中C1电源滤波电容，稳定电源电压，亦为抗冲击电容，防止上电时产生的冲击电压过大而影响后续电路。C2为去耦电容，防止干扰信号返回电源影响其正常。 2.3 AT89S52单片机最小系统本设计的的单片机采用Atmel公司的AT89S52。AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。电源部分有电源模块提供稳定的电压。图2.3为AT89S52的最小系统原理图。图2.3 AT89S52单片机最小系统 如图2.3所示C4、C5、X1组成晶体振荡电路连接到单片机的XTAL1、XTAL2引脚上。C3、R11和按键开关组成复位电路连接到单片机的RST引脚上。 2.4 MAX7219/MAX7221 2.4.1 MAX7219/MAX7221 MAX7219/MAX7221是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。 只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。 MAX7221与SPI、 QSPI以及 MICROWIRE相兼容，同时它有限制回转电流的段驱动来减少EMI（电磁干扰）。 一个方便的四线串行接口可以联接所有通用的微处理器。 每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。MAX7219/MAX7221同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。 整个设备包含一个150A的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描限制寄存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式。 在应用时要求3V的操作电压或segment blinking 2.4.2功能特点 10MHz连续串行口，独立的LED段控制，数字的译码与非译码选择，150A的低功耗关闭模式，亮度的数字和模拟控制，高电压中断显示，共阴极LED显示驱动，限制回转电流的段驱动来减少EMI（MAX7221），SPI, QSPI, MICROWIRE串行接口（MAX7221，24脚的 DIP和 SO 封装 2.4.3 管脚 名称 功能 1 DIN 串行数据输入端口。在时钟上升沿时数据被载入内部的16位寄存器。 2,3,5-8,10,11 DIG 0DIG7 八个数据驱动线路置显示器共阴极为低电平。关闭时7219此管脚输出高电平，7221呈现高阻抗。4,9 GND 地线 （4脚和9脚必须同时接地）12 LOAD (MAX7219) 载入数据。连续数据的后16位在LOAD端的上升沿时被锁定。CS (MAX7221) 片选端。该端为低电平时串行数据被载入移位寄存器。连续数据的后16位在cs端的上升沿时被锁定。13 CLK 时钟序列输入端。最大速率为 10MHz.在时钟的上升沿， 数据移入内部移位寄存器。 下降沿时， 数据从DOUT端输出。对MAX7221来说，只有当cs端为低电平时时钟输入才有效。14-17,20-23 SEG 7 段和小数点驱动，为显示器提供电流。当一个段驱ASEG G, 动关闭时，7219的此端呈低电平，7221呈现高阻抗。 DP18 SET 通过一个电阻连接到VDD 来提高段电流。19 V+ 正极电压输入，+5V24 DOUT 串行数据输出端口，从DIN输入的数据在16.5个时钟周期后在此端有效。当使用多个MAX7219/MAX7221时用此端方便扩展。3系统总原理图3.1总图图2.4 这里，89C51的P16作串行数据输出，连接到PS7219的DIN脚，P17和P15通过程序分别模拟PS7219的时钟脉冲CLK及数据加载LOAD信号。PS7219的SASG、SDP端连接到各LED数码管对应的af及dp端，DIG0DIG3分别接4位LED数码管的共阴极，以实现位选。另外，选用XICOR公司的X25045作为看门狗监控电路。实际上，数码管的位数可在18位之间任意选择，这可由写入的扫描界线寄存器的命令字决定。注意，为了使由峰值数字驱动器电流引起的纹波减到最小，需要在V和GND之间尽可能靠近芯片的地方外接一个10F的电解电容和一个01F的瓷片电容。PS7219应放在紧靠LED显示器的地方，且连线尽可能短，两个GND引脚都必须连接到地线上。PS7219只需一组5V电源和89C51的三个输出口，且无附加电路，可驱动18个LED显示器，显示亮度可调，工作可靠。4. 系统仿真与调试 4.1仿真图图4.1 4.2工作工程 当连接完电路、编写完程序以后，需要进行对各个器件进行检测，MAX7219与AT89C52芯片编程主要分为两部分:初始化子程序、送显子程序以及数据传送。初始化程序主要是对MAX7219的显示模式、显示亮度、显示位数等进行初始化。本例中主要的初始化部分是选择每一显示位相应的显示方式为全译码方式,即给译码方式寄存器X9H 单元送相应的数值0FFH；限制显示扫描显示位数为5位，即给扫描限制寄存器XBH 单元送相应的数值04H。在线商城每当定时时间到时先将个位暂存单元中的数字与9相减，结果不为0时，将个位数字加1后送入个位暂存单元并送出显示（所有数的个位数字19的变化都通过该段程序完成）；如果结果为0，则将十位暂存单元中的数字与9相减，结果不为0时，则先将个位数字变为0，再将十位数字加1后分别送入个位、十位暂存单元并送出显示（所有数的十位数字19的变化都通过该段程序完成）；如果十位数字与9相减结果为0，则要再将百位暂存单元中的数字与9相减比较，结果不为0时，则先将个位、十位数字都先变为0，再将百位数字加1后分别送入个位、十位、百位数据暂存单元并送出显示（所有数的百位数字19的变化都通过该段程序完成）；如果百位数字与9相减比较结果为0，再将千位数字与9相减比较结果如此下去，便可使显示器显示一系列连续数。例如程序执行第一次时，个位暂存单元中的数字为0，它与9相减的结果不为0，那么将0加上1的结果1放入个位暂存单元送显便显示出数据“00001”，执行第九次显示数据为“00009”，执行第十次时，要先将个位暂存单元中的数字9与9相减，结果为0，这时再将十位暂存单元中的数字0与9相减，0与9相减的结果不为0，这时先将个位数字变为0放入个位暂存单元，再将十位暂存单元中的数字0加上1后的结果1放入十位暂存单元送显，便可显示数据“00010”。要使显示的数最大为99999，只需在每一数位与9比较之前判断它的下一数位是否是十万位，如果下一数位是十万位时退出程序即可。5.课程设计心得体会这次单片机课程设计我们历时两个星期，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结，虽然我这次花去的时间比别人多，但我相信我们得到的也会更多! 这次课程设计中，运用到了以前所学的专业课知识，如单片机原理，接口电路，驱动电路，c语言，仿真软件等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。后，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名自动化专业的学生，单片机的课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在刘宏老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在刘宏老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！6.参考文献1 刘永军.单片机控制LED点阵显示原理及Proteus仿真.电脑知识与技术.2010，2 中国高新投资集团公司业务发展部.LED行业研究报告.