以164构成的动态显示电路的设计

单片机原理课程设计报告设计题目：以164构成的动态显示电路的设计专业班级：自动化学号：120姓名：指导教师：沈怀洋起止日期：2015年12月28日～2016年1月3日目录1．课程设计目的......................................22．课程设计要求......................................23.设计内容...........................................23.1设计方案.......................................23.2硬件各单元电路的设计............................33.2.1键盘电路设计................................33.2.2显示电路的设计..............................53.3软件设计......................................123.3.1程序框图...................................123.3.2程序清单...................................134．总结.............................................15参考文献............................................16附录...............................................1721．课程设计目的(1)加深对单片机原理的理解；(2)培养实践动手能力，开发创新思维；(3)提高分析、解决问题的能力；(4)了解单片机系统开发流程。2．课程设计要求(1)课程设计主要研究单片机控制的键盘识别显示系统，分别对按键信息和显示电路以及软、硬件各个部分进行设计。(2)采用汇编语言软件编程的方法实现按键信息的提取和显示系统的显示。①根据独立式键盘的特点，进行键盘检测系统的设计；②LED能够显示出按键信息的设计。3.设计内容3.1设计方案图一键盘显示电路设计方案图以164构成的动态显示电路的设计。主要是以单片机为核心，通过对键盘显示系统的控制，实现特定的功能。由单片机控制的键盘显示系统主要分为两大部键盘电路单片机显示电路3分，一部分为键盘电路，另一部分为显示电路。设计方案如图一所示，单片机通过键盘电路输入，从而获取输入信号；通过显示电路输出，从而输出特定的字符信号。总电路需要考虑两大部分的设计，通过调用键盘子程序和显示子程序的方法，实现键盘显示系统的设计。3.2硬件各单元电路的设计硬件部分的电路主要分为键盘设计电路和显示电路。下面分别详细设计：3.2.1键盘电路设计(1)键盘电路概述键盘电路如图所示，键盘电路的一端，分别接在地和接在+5V电源信号上，另一端接在单片机的P1.0~P1.3引脚上。在硬件方面，如果键盘被按下，P1.0~P1.3引脚上的信号从高电平变成低电平，从而达到信号发生变化的目的；在软件方面，有硬件电路发生的信号变化，通过键盘电路子程序能够检测出按键信号的变化，使单片机可以控制键盘信号的输入，并跳转到执行相应的程序。(2)键盘电路的构成键盘电路通过四个按键KEY1、KEY2、KEY3、KEY4，以及电源、四个电阻、和地构成。在没有信号输入时，单片机的P1.0~P1.4引脚上都是高电平；当有信号输入时，单片机P1.0~P1.4的某些引脚上的高电平会变成低电平。通过单片机的键盘电路程序达到扫描出键盘信号输入目的。图二键盘电路结构图(3)键盘电路所用到的元件按键、电阻、电源VCC、单片机(4)键盘电路的连接键盘电路与单片机的P1.0~P1.4直接相连，键盘只是使P1.0~P1.4引脚电平发生变化的媒介，单片机直接与键盘电路连接，这种键盘电路方法比较简单，单片机EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD1080C52KEY1KEY2KEY3KEY4R110KR210KR310KR410K+5V4直接检测P1口的信号变化，适合简单的单片机系统。(5)键盘电路调试程序①程序框图图三键盘电路程序框图准备读取P1口读取P1口状态KEY1键真的被按下?KEY1键按下?KEY2键按下?KEY3键按下?KEY4键按下?延时去抖动，读取P1口跳转到PROM3KEY1键真的被按下?延时去抖动，读取P1口延时去抖动，读取P1口延时去抖动，读取P1口KEY1键真的被按下?KEY1键真的被按下?跳转到PROM2跳转到PROM1跳转到PROM4NNNNNNNYYYYYYYY5②程序清单ORG0100HKEY:MOVA,#0FFH；准备读取A口状态MOVP1,AMOVA,P1；读取A口状态JNBACC.0,RP10；KEY1键是否按下，若是则RP10JNBACC.1,RP11；KEY2键是否按下，若是则RP11JNBACC.2,RP12；KEY3键是否按下，若是则RP12JNBACC.3,RP13；KEY4键是否按下，若是则RP13DONE:RET；返回RP10:NOP；延时去抖动NOPMOVA,P1JNBACC.0,RP10；KEY1键是否真的被按下，否则RP10LJMPPROM0；RP11:NOPNOPMOVA,P1JNBACC.1,RP1LJMPPROM1RP12:NOPNOPMOVA,P1JNBACC.2,RP12LJMPPROM2RP13:NOPNOPMOVA,P1JNBACC.3,RP13LJMPPROM3PROM0:………PROM1:………PROM2:………PROM3:………END3.2.2显示电路的设计(1)显示电路概述本显示系统输出结果选用8个LED显示。数码管有共阴共阳之分，本系统采用8段共阴型LED，其元件图如图所示。数码管内部有8个发光二极管，公共端由8个发光二极管的阴极并接而成，正常显示时公共端接低电平(GND)，各发光二极管是否点亮取决于a-dp各引脚上是否是高电平。6LED数码管的外形结构如图四所示，外部有9个引脚，其中一个引脚为公共端也称位选端，其余8个引脚称为段选端，当要使某一位数码管显示某一数字((0-9中的一个)必须在这个数码管的段选端加上与数字显示数字对应的8位段选码(也称字形码)，在位选端加上低电平即可。由于系统要显示的内容比较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。LED有共阴极和共阳极两种。如图所示，二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。如表一所示，根据LED显示管的每段显示的亮灭，构成了显示时需要的的字形码，在课程设计时，可以直接查询表一，给相应的输出送显示的字形码，就能够使LED显示管输出不同的数。数码管引脚和符号共阳极共阴极图四LED数码管结构单片机的键盘显示系统的显示部分是由8个八段LED显示器构成的。八段LED显示器的显示分为静态和动态两种。静态显示的特点是各个LED显示器能够文档地同时显示各自的字形，在任何时刻，所有的数码管同时亮，缺点是占用单片机的资源，并且比较耗电；动态显示是指各LED显示器轮流地一遍一遍显示各个字符，在某一时刻，只有一位LED显示器亮，因为人的视觉暂留，在看到8个八段LED显示器时好像是同时显示不同字形。本次课程设计的显示系统选择使用的是静态显示方式，使用静态显示的方法比较简单，适合简单的显示系统。LED显示管的公共端选用的方法是共阳级，通过PNP三极管构成的驱动电路，驱动LED显示管亮。显示时用到了表一的字形码，分别是字型0、1、2、3、4，对应的共阳极字形码为C0H、F9H、A4H、B0H、99H。通过显示电路的显示获知键盘电路中某一个键的输入，其中在显示abfcgdeVCCdpabcdefgdp7部分使用了74LS164作为串行输入输出端口，二进制数在74LS164中的一位使得显示器显示某一个键的按下。表一LED显示段码(2)显示电路的构成图五74LS164元件与引脚图由图五来介绍74LS164的引脚：A,B:串行输入端QA~QH：串行输出端CLK：串行时钟输入端MR：串行输出清零端图六74LS164内部结构图字型共阳极段共阴极段字型共阳极段共阴极段0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空格FFH00H880H7FHP8CH73H8根据图六所示的74LS164的内部结构图，可知该8位移位寄存器具有与门使能控制串口输入和一个异步复位输入的特点。使能控制输入端能控制不需要的输入数据信号使其为低电平。当复位信号为低电平时，不管其他信号为任何状态，其输出均为低电平；复位信号为高电平时，寄存器从第一位开始在每个时钟信号的上升沿对输入数据一次一位存储。输入输出清除时钟ABQ0Q1~Q7LXXXLL~LHLXXQA0QB0~QH0H↑HHHQAn~QGnH↑LXLQAn~QGnH↑XLLQAn~QGn注：H-高电平L-低电平X-任意电平↑-上升沿QA0,QB0,QH0-规定的稳态条件建立前的电平QAnQGn-时钟最近上升沿前的电平表二74LS164的功能表图七74LS164的时序图根据图六内部结果图的原理，写出了如表二所示的功能表和如图七所示的74LS164时序图。并根据74LS164的功能原理设计出它在单片机显示系统中的作用，由此设计出如图八所示的显示电路图。CLKMRABQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7__9在如图八所示的显示电路中，单片机通过P0作为控制LED显示管位选信号的输出端，由于信号较弱，不足以驱动LED显示管显示，所以添加PNP三极管作为驱动器使电路发亮；单片机通过P3.0和P3.1引脚对段选信号进行控制，P3.0和P3.1引脚分别与74LS164的A,B和CLK引脚相连。根据74LS164的功能特点，在软件程序设计中，需要将一个八位的段选二进制数，进行右环移，一位一位的输出到74LS164的A,B端口；当一个八位二进制数经过单片机的P3.0引脚串行输出完成后，在74LS164的Q0~Q7引脚并行输出到LED显示管的a,b,c,d,e,f,g,sp引脚上，才能使显示器输出特定的数。图八显示电路图(3)电路所用到的芯片8个八段LED显示器、8个PNP三极管、74LS164、单片机、电阻、电源VCC(4)显示电路的连接由显示电路图八所示，显示电路通过74LS164作为串行输入并行输出口，连接到显示器。其中74LS164的A,B口都和单片机的P3.1引脚相连；74LS164的脉冲输入端和单片机的P3.1引脚连接；清零功能不使用，所以不能使MR有效，将MR接高电平。74LS164的输出端Q0~Q7直接和LED显示管的八个段选信号引脚a,b,c,d,e,f,g,sp通过总线连接。显示电路的LED显示管有段选信号后，还需要位选信号，决定8个LED显示管哪一个的亮灭，相当于8个LED显示管的每个开关，它与单片机的P0口按照顺序连接，由于是共阳级电路，如果达不到LED显示管亮时的电压，显示管不亮，所以需要PNP三极管作为驱动电路，能够驱动LED显示管亮。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P1