基于单片机LED数码管共阴极显示电路课程设计

物理与电子工程学院《单片机原理与接口技术》课程设计报告书设计题目：基于单片机LED数码管共阴极显示电路专业：自动化班级：14级接本班学生姓名:李超学号:2010140343108指导教师：成燕平2014年6月9日物理与电子工程学院课程设计任务书专业：自动化班级：14级接本1班学生姓名李超学号20140343108课程名称单片机原理与接口技术设计题目基于单片机的LED数码管共阴极动态显示电路设计设计目的、主要内容（参数、方法）及要求设计目的：掌握由单片机控制的硬件电路和软件程序的设计方法。掌握KeiluVision编程软件和ProteusProfessional仿真软件的使用方法。设计主要内容及要求：硬件电路主要由电源部分、单片机主控部分、显示部分构成。画出系统电路原理图，软件设计（系统流程图、编写源代码程序），最后对系统进行仿真调试。1、电源部分：采用稳压直流电源对系统进行供电，设计三端稳压电源电路。2、主控部分：对单片机进行选型，并设计单片机最小系统电路。3、显示部分：采用4个共阴极LED数码管作为显示电路，并采用动态驱动方式进行显示。实现功能为：第一个数码管显示2，时间为0.5s，然后关闭它；立即让第二个数码管显示0，时间为0.5s，再关闭它；立即让第三个数码管显示1，时间为0.5s，再关闭它；立即让第四个数码管显示5，时间为0.5s，再关闭它；关闭第四个数码管后回来显示第一个数码管，一直循环下去。工作量2周时间，每天3学时，共计42学时进度安排第1天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料第2-3天：学习课程设计中用到的单片机相关知识第4-5天：根据课程设计的要求完成硬件主要芯片选型及硬件电路设计。第6-7天：学习ProteusProfessional仿真软件，绘制硬件电路原理图。第8-10天：学习KeiluVision编程软件，完成软件系统设计。第11-12天：通过ProteusProfessional仿真软件，进行仿真调试。第13-14天：撰写课程设计报告。主要参考资料[1]郭天祥编著,51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社,2014.11[2]宋雪松,李冬明,催长胜.手把手教你学51单片机（C语言版）[M].北京:清华大学出版社,2014.4[3]汤嘉立,李林，胡羽等.单片机应用技术实例教程[M].北京:人民邮电出版社,2014.11[4]徐爱钧.单片机原理实用教程-基于Proteus虚拟仿真（第2版）[M].北京:电子工业出版社,2012.12[5]徐爱钧,徐阳.Keil单片机高级语言应用编程与实践[M].电子工业出版社,2013.12指导教师签字教研室主任签字摘要随着计算机技术的发展，现代的计算机都是大规模集成电路计算机它们具有功能强、结构紧凑、系统可靠等特点，其发展趋势是巨型化、微型化、网络化及智能化。微型化是计算机发展的重要方向，也就是把计算机的运算器、控制器、存储器、I/O接口四个组成部分集成在一个硅片内，于是就出现了一个以大规模集成电路为主要组成的微型计算机即单片机(SingleChipMicrocomputer)。正是由于单片机技术的发展，才能使LED七段数码管能够在减少驱动器的情况下能够直接被驱动。由于LED数码管显示技术的优势使得它被广泛应用在工业过程控制系统、智能仪表，智能产品等领域。本论文重点介绍了LED(lightemissiondiode)数码管显示技术，并且编写了这种显示技术在单片机中实现的关键编码以及提供了参考原理简图。关键词：LED技术；计算机硬件；单片机；数码管目录1引言.........................................................................................................12设计的目的.............................................................................................23电路的设计与分析................................................................................23.1电路的总体设计.....................................................................23.2数码管的工作原理.................................................................33.3电路的原理框图.....................................................................53.4计数电路的分析与设计.........................................................64译码显示电路的设计与分析................................................................74.1译码电路的设计.....................................................................74.2译码电路的分析......................................................................85调试及运行结果分析.............................................................................95.1调试及运行..............................................................................95.2结果分析..................................................................................95.3总电路仿真............................................................................106心得体会................................................................................................11参考文献.............................................................................................12附录.......................................................................................................1311引言用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式可分静态显示和动态（扫描）显示；按译码方式可分硬件译码和软件译码。静态显示数据稳定，占用很少的CPU时间。动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。LED数码管的外围电路一般需要一个限流电阻和加大驱动电流的晶体管。LED数码管是由发光二级管显示字段组成的显示器，有“8”字段和“米”字段之分，这种显示器有共阳极和共阴极两种。实际上不上不用驱动电路即可达到正常亮度，为了可靠性设计可采用晶体管构成驱动电路。22设计的目的在单片机的产品设计中，人机界面是非常重要的部分，而且随着系统的日益复杂，以及人们对产品的人机交互能力的要求不断提升，常握单片机系统中的人机界面基础设计能力成为了学习单片机的基础课程，而4X4键盘的操作和LED数码管的动态显示是人机界面设计的基础内容，掌握这些基础设计能力，加深对人机界面的认识，同时提高人机界面系统设计能力。3电路的设计与分析3.1电路的总体设计设计要求依次显示自然数列1、2、3、4、5、6、7、8、9，奇数列1、3、5、7、9，偶数列0、2、4、6、8，音乐数列0、1、0、1、2、3、4、5、6、7，列出下列关系：自然数列奇数列偶数列音乐数列000000010000000000010011001000010010010101000000001101110110000101001001100000100101001101100100011101011000011010010111通过上面的数列可发现如下规律：奇数列最末位都为1；偶数列最末位都为0,音乐数列的最高位都为0.因此该设计的关键是对74LS153的输入端的强制置数的处理，设计要求产生奇数，实际上就是将第一个74LS153的1C1强制置1；要求产生偶数，实际上就是把第一个74LS153的1C2强制置0；要求产生0-7的3音乐符号，实际就是把第二个74LS153的2C3强制置0；也就是说产生十进制的的计数一直是不变的，它内部的技术依然是0-9的计数，我们只是在外部改变了它的输出而已。用一个555构成多谐振荡器产生大约1HZ的脉冲，脉冲可以使74LS160正常工作循环产生0—9的十进制数作为74LS153的输入，用74LS161的低两位输出作为两个74LS153的地址输入控制其输出。74LS160每循环0—9一次就会产生进位输出为74LS161提供一个脉冲，使其计数一次，74LS161在此处做为一个四进制的计数器。在脉冲作用下，74LS161的低两位循环产生00、01、10、11从而使74LS153输出相应的十进制数再经74LS48译码最终使数码管按要求依次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列），然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列……如此周而复始，不断循环。3.2数码管的工作原理数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0～9，字符A～F、H、L、P、R、U、Y等符号及小数点“.”。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型。共阳极数码管中8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接一起,即为共阳极接法，简称共阳数码管。通常,公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。共阴极数码管中8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，即为共阴极接法，简称共阴数码管。通常，共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。当某4段驱动电路的输出端为高电平时，该端所连接的字符导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。同样，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。53.3电路的原理框图555脉冲电路计数器计数器数据选择器数据选择器译码电路数码管63.4计数电路的分析与设计该设计用到了74LS160和74LS161两个计数器，其中74LS160用来产生0～9的十进制数作为数据选择器的输入，74LS161的输出低两位作为数据选择器的地址选择其实是将其作为了一个四进制的计数器，循环产生00、01、10、11进而控制了数据选择器的输出，终使数码管按要求产生循环数列。下面是74LS160的介绍：异步清零端/MR1为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。160的预置