课 程 设 计 说 明 书
课程名称： 单片机原理及应用
设计题目： 4位DIP开关控制数码管显示系统设计
学 院： 电子信息与电气工程学院
学生姓名： 王 宗 康
学 号： 201102020004
专业班级： 电子信息工程一班
指导教师： 李志瑞
年 月 日
课 程 设 计 任 务 书
4位DIP开关控制数码管显示系统设计
摘 要：用AT89S52，共阳极数码管，4位拨动开关等设计一个电路，并写入程序。该电路一个USB口为电源输入，4位拨动开关所对应的0000—1111对应于共阳极数码管的0—F，当拨动到某一个二进制数时，数码管上显示出对应的数值。
关键词：4位波动开关；AT89S52；共阳数码管
目 录
1. 设计背景 ……………………………………………………………1
1.1 单片机设计背景……………………………………………………1
1.2 设计目的……………………………………………………………1
2. 设计方案 ……………………………………………………………1
2.1 方案一……………………………………………………………1
2.2 方案二……………………………………………………………1
2.3 方案三……………………………………………………………1
3. 方案实施 ……………………………………………………………2
3.1 单片机基本结构……………………………………………………2
3.2 硬件模块电路…………………………………………………………5
3.3 软件程序设计…………………………………………………………9
4. 结果与结论 …………………………………………………………13
4.1结果……………………………………………………………13
4.2结论……………………………………………………………13
5. 收获与致谢 …………………………………………………………14
6. 参考文献 ……………………………………………………………14
7. 附件……………………………………………………………15
7.1 系统硬件原理图……………………………………………………15
7.2 实物布线图…………………………………………………………16
7.3元器件清单…………………………………………………………17
1.设计背景
1.1 单片机设计背景
单片机的出现具有划时代的意义。它的出现使得许多原本花费很高的复杂电路以及繁多的电气元器件都被取缔，取而代之的是一块小小的芯片。伴随着计算机技术的不断发展，单片机也得到了相应的发展，而且其应用的领域也得到更好的扩展。在民用，工用，医用以及军用等众多领域上都有所应用。为了，能够更好的适应这日新月异的社会，我们应当充实我们的知识面，方能不被时代的潮流踩在脚下。
1.2 设计目的
介于单片机的重要性，我们应当对单片机的原理，发展以及应用有着一定的了解。所以，我们应当查阅相关资料，从而能够对单片机有个全方位的了解。进而将探讨的领域指向具体的国内，从而能够在科技与经济飞速发展的当今社会更好的应用这项技术。事实上，该项技术在国内有着极为广泛的发展前景，因此，通过对本课题的研究，我们因当能够充分认识到单片机技术的重要性，对单片机未来的发展趋势有所展望。
2. 设计方案
2.1 方案一
使用7805降压稳压芯片位系统提供电源，拨码开关接在P1口的低四位，高四位通过接74ls247译码器连接共阳数码管。此方案，用到了很少的IO口，节省了单片机的引脚资源占用。但是，此方案增加了硬件成本，也增加了软件设计的难度。
2.2 方案二
通过电脑USB直接供电，对电源进行简单的滤波处理。拨码开关接在单片机的P1口低四位，共阳极数码管接在P2口。此方案，省去了数码管显示所需的译码电路和电源供电所需的7805降压稳压芯片，占用IO口较多，但是软件设计的难度较低，而且硬件成本很低。
2.3 方案三
系统选用USB直接供电，电源经过简单的直流滤波为系统提供稳定的5V直流电源。数码管采用共阴极数码管，经过排阻提供灌入电流，点亮数码管。拨码开关接在单片机的P1口低四位，共阴数码管接在P2口。此方案设计中所需的共阴极数码管如果点亮，单独靠单片机的输出电流是做不到的，所以需要上拉电阻为其灌电流，这样就提高了硬件成本，但是编程时和方案二难度一样，只是共阴极数码管的显示编码不一样。
综合考虑，选用第二套方案。
3. 方案实施
3.1 单片机基本结构
AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片，有4个I/0口P0、P1、P2、P3，每条I/0口能独立的做输出和输入。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。
单片机引脚示意图如图3.1所示。
图3.1 AT89S52引脚示意图
P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5 MOSI（在系统编程用）
P1.6 MISO（在系统编程用）
P1.7 SCK（在系统编程用）
P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 INTO(外中断0)
P3.3 INT1(外中断1)
P3.4 TO(定时/计数器0)
P3.5 T1(定时/计数器1)
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 RD(外部数据存储器读选通)
ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
3.2 硬件模块电路
l 电源模块电路
电源电路如图3.2所示。
电源电路使用的USB直接进行供电，LED和一个300欧姆电阻串联作为系统指示灯工作，使用4.7uF点解电容和100uF的瓷片电容进行滤波处理，使之能够为单片机提供5V的直流稳压电源。
图3.2 电源电路
l 复位电路
复位电路如图3.3所示。
AT89S52的复位是通过RST引脚保持高电平引发的，不进入复位只需RST保持低电平即可。复位电路中需要有104的瓷片电容对四脚按键去抖动，300欧姆的电阻使之低电平有效。
图3.3 复位电路
l 时钟电路
时钟电路如图3.4所示。
AT89S52需要有一个稳定的外部时钟源为其提供一个稳定的有效的时钟信号作为基准，使其能够正常的工作。也可以采用其内部的时钟源，但是内部时钟源受到温度等条件的干扰很强。所以本设计中采用了12MHz的晶振为AT89S52提供外部时钟源，通过查询ATM89S52的使用手册，时钟的滤波电容采用了33pf的瓷片电容。
图3.4 时钟电路
l 拨码开关电路
拨码开关电路如图3.5所示。
拨码开关在电路中需要有如下条件，没有打开时，输入低电平，打开时，输入高电平，所以需要在单片机引脚前对拨码开关连接的信号线进行拉高处理，以提高信号的准确度。
图3.5 拨码开关电路
l 数码管显示
常见的数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，叫七段数码管。如图3.6所示。
图3.6 数码管引脚图
共阳极数码管里面的发光二极管阳极接在一起作为公共引脚，在正常使用时此引脚接电源正极，当发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，从而显示相应的数字。
共阳数码管的显示编码为：
0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH
3.3 软件程序设计
根据设计要求，首先要做到实时更新拨码开关的输入情况，所以就需要程序开始就能够显示P1口拨码开关的情况，并且要不断的扫描拨码开关的变化情况。一旦发生改变，就要马上在数码管上进行显示。程序流程图如图3.7所示。
图3.7 程序流程序
4. 结果
将元器件焊接到音印制上之后，往AT89S52芯片中烧写好程序，接通电源，电源指示灯亮，数码管显示此刻拨码开关的输入值，拨动拨码开关调节输入，数码管上显示不同的数字从“0”到“F”。
调整4位拨动开关按二进制输入：
当DIP开关为“0000”,数码管显示“0”；
当DIP开关为“0001”,数码管显示“1”；
当DIP开关为“0010”,数码管显示“2”；
当DIP开关为“0011”,数码管显示“3”；
当DIP开关为“0100”,数码管显示“4”；
当DIP开关为“0101”,数码管显示“5”；
当DIP开关为“0110”,数码管显示“6”；
当DIP开关为“0111”,数码管显示“7”；
当DIP开关为“1000”,数码管显示“8”；
当DIP开关为“1001”,数码管显示“9”；
当DIP开关为“1010”,数码管显示“A”；
当DIP开关为“1011”,数码管显示“B”；
当DIP开关为“1100”,数码管显示“C”；
当DIP开关为“1101”,数码管显示“D”；
当DIP开关为“1110”,数码管显示“E”；
当DIP开关为“1111”,数码管显示“F”。
5. 收获与致谢
通过本次的课程设计使得自己从实践中体会和认识了单片机，加深了自己对其的理解。刚开始的时候，在做电路图的设计，PCB的布线等方面还算比较顺利，但是在进行烧程序的时候，由于用于写程序的软件和进行程序编译的软件不一样，导致了程序中某些路径的指向出现了问题，但是在老师的帮助下，我们很快的就解决了问题，也让自己明白了，只有自己动手做了才能发现问题的所在。在这个过程中非常的感谢老师从以开始的入门指导，到最后的课程设计报告的审核，老师都非常的负责。
6. 参考文献
[1] 杜树春.单片机C语言和汇编语言混合编程实例详解.北京：北京航空航天大学出版社，2006.6
[2] 张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2009.11
[3] 谢嘉奎.电子线路（第四版）.北京:高等教育出版社，2004.
[4] 臧春华.电子线路设计与应用.北京:高等教育出版社,2005.
[5] 杜尚丰. CAN总线测控技术及其应用.北京：电子工业出版社，2007.1
7. 附件
7.1仿真图
7.2系统硬件原理图
4位DIP开关控制数码管显示系统硬件原理图如图7.1所示。
图7.1 系统硬件原理图
7.3实物布线图
4位DIP开关控制数码管显示系统实物布线图如图7.2所示。
图7.2 实物布线图
7.4 元器件清单
4位DIP开关控制数码管显示系统元器件清单如表7.3所示。
表7.3
7.5 源程序
程序代码如下：
/**************************************************
***************************************************/
#include"reg51.h"
//共阳数码管0~F编码
unsigned char dis[16]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
//数码管初试显示状态
unsigned char dis_dat = 0;
/**************************************************
函数名称：Delay_ms(unsigned int Time)
函数功能：为程序提供必要的延时
输入参数：Time 延时毫秒数
输出参数：无
***************************************************/
void Delay_ms(unsigned int Time)
{
unsigned char j;
unsigned int i;
for(i=0; i<Time; i++)
for(j=0; j<125; j++);
}
/**************************************************
函数名称：Key_Scan(void)
函数功能：4位拨码开关扫描
输入参数：无
输出参数：无
***************************************************/
void Key_Scan(void)
{
unsigned char dat;
dat = P1 & 0x0f;
if(dat != dis_dat)
{
Delay_ms(10);
if(dat != dis_dat)
dis_dat = dat;
}
}
/**************************************************
函数名称：void main(void)
函数功能：程序入口，抉择显示的数值
输入参数：无
输出参数：无
***************************************************/
void main(void)
{
P1 = 0xff;
P2 = 0xff;
while(1)
{
Key_Scan();
switch(dis_dat)
{
case 0: P2 = dis[0];break;
case 1: P2 = dis[1];break;
case 2: P2 = dis[2];break;
case 3: P2 = dis[3];break;
case 4: P2 = dis[4];break;
case 5: P2 = dis[5];break;
case 6: P2 = dis[6];break;
case 7: P2 = dis[7];break;
case 8: P2 = dis[8];break;
case 9: P2 = dis[9];break;
case 10: P2 = dis[10];break;
case 11: P2 = dis[11];break;
case 12: P2 = dis[12];break;
case 13: P2 = dis[13];break;
case 14: P2 = dis[14];break;
case 15: P2 = dis[15];break;
default : break;
}
}
}
第二篇：单片机课程设计报告_数字钟
数字钟
中文摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们的生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，本文将利用单片机来设计制作一个数字钟。当开机时，数字钟开始计时。同时也可以利用按键分别调整秒、分、时的计数。
英文摘要：With the era of progress and development, microcontroller technology has spread to our life, work, research in various fields, has become a relatively mature technology, the paper will use the microcontroller to design a digital clock. When switched on, digital clock starts. Can also use the control buttons are seconds, minutes, hours count.
关键词：单片机，数字钟，AT89S51
一．引言
数字钟是一种用电路技术实现时、分、秒计数字时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。该设计利用AT89S51单片机来实现，开机时，从12:00:00开始计时，并且可以利用按键来对时间进行调整。
二．总体设计方案
1．数字钟设计方案论证
方案一：
本设计可利用中小规模集成电路组成数字钟，主要利用数字电路知识，主要采用74LS160 、译码器7448等芯片，再加上555定时器、数码管、电阻、电容这些器件组成数字钟。接通电源即可工作，但接线比较麻烦。
方案二：
本设计也利用单片机来实现，单片机作主控制器，再接一些外围电路便可组成数字钟。此设计接线比较简单且利用单片机实现的电子钟具有编程灵活，并便于功能的扩展。
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，接线比较简单，电子钟编程灵活，故采用了方案二。
2．方案二的总体设计框图：
2.1主控制器
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51按其功能来分，可分为如下3类：
（1）电源及时钟引脚：Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。
(2)控制引脚：非PSEN、 ALE 、非EA、 RESET(即RST)。
(3)I/O口引脚：P0、P1、P2、P3,为4个8位I/O口的外部引脚。
（引脚图）
2.2时钟振荡电路
方案一：外部时钟方式
外部时钟方式是使用外部振荡器产生的脉冲信号，外部的时钟源直接连到XTAL1端，XTAL2端悬空。常用于多片单片机同时工作，以便于多片单片机之间的同步，一般为低于12MHz的方波。
方案二：内部时钟方式
AT89S51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器（简称晶振）和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pF左右。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的范围、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡频率的范围通常是在1.2MHz-12MHz之间。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。
考虑到方案一一般适用于多片单片机，故采用方案二。
2.3单片机复位电路
复位电路由两部分组成，电容和电阻。此复位电路称上电复位。上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，RST端为高电平，自动复位；电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，RST端为低电平，程序正常运行。
2.4按键调节电路
每按下一次开关，计数值加1，把“单片机系统”区域中的P0.0、P0.1、P0.2端口连接到SP1、SP2、SP3。作为一个按键从没有按下到按下以及释放是一个完整的过程，也就是说，当我们按下一个按键时，总希望某个命令只执行一次，而在按键按下的过程中，不要有干扰进来，因为在按下的过程中，一旦有干扰过来，可能造成误触发过程，因此在按键按下的时候要滤除干扰信号。在程序设计时，从按键被识别按下之后，延时5ms以上，从而避开了干扰信号区域，再来检测一次，看按键是否真的已经按下，若真的已经按下，这时肯定输出为低电平，若这时检测的是高电平，证明刚才是由于干扰信号引起的误触发，CPU就认为是误触发信号而舍弃这次的按键识别过程，从而提高了系统的可靠性。
2.5显示电路
采用动态扫描的方法进行显示，所谓动态扫描显示技术就是指：多位数码管采用“并联”动态接口，通过对各数码管轮流循环点亮，实现多位数码显示。当循环显示频率较高时，利用人眼的暂留特性，看不出闪烁显示现象，这种显示需要一个接口完成字形码的输出（字形选择），另一接口完成各数码管的轮流点亮（数位选择）。在进行数码显示的时候，要对显示单元开辟8个显示缓冲区，每个显示缓冲区装有显示的不同数据即可。对于显示的字形码数据采用查表方法完成。
三．程序设计框图：
1. 主程序流程图
2. 中断服务程序流程图
四．总结与体会
在此次设计的过程中，我们发现了许多的问题，虽然以前也做过一些设计但这次设计真的让我们长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前也写过一些程序，但我们都觉得写好一个程序并不是一件简单的事。从这次的课程设计中，我们真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际中去，学习单片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我们在这次课程设计中的最大收获。
五．参考文献
1．张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2003
2．李任青、熊勇勇.单片机原理实验及应用.南昌大学共青学院，2009
六．附录一：汇编源程序
SECOND EQU 30H
MINITE EQU 31H
HOUR EQU 32H
HOURK BIT P0.0
MINITEK BIT P0.1
SECONDK BIT P0.2
DISPBUF EQU 40H
DISPBIT EQU 48H
T2SCNTA EQU 49H
T2SCNTB EQU 4AH
TEMP EQU 4BH
ORG 00H
LJMP START
ORG 0BH
LJMP INT_T0
START: MOV SECOND,#00H
MOV MINITE,#00H
MOV HOUR,#12
MOV DISPBIT,#00H
MOV T2SCNTA,#00H
MOV T2SCNTB,#00H
MOV TEMP,#0FEH
LCALL DISP
MOV TH0,#(65536-2000) / 256
MOV TL0,#(65536-2000) MOD 256
SETB TR0
SETB ET0
SETB EA
WT: JB SECONDK,NK1
LCALL DELY10MS
JB SECONDK,NK1
INC SECOND
MOV A,SECOND
CJNE A,#60,NS60
MOV SECOND,#00H
NS60: LCALL DISP
JNB SECONDK,$
NK1: JB MINITEK,NK2
LCALL DELY10MS
JB MINITEK,NK2
INC MINITE
MOV A,MINITE
CJNE A,#60,NM60
MOV MINITE,#00H
NM60: LCALL DISP
JNB MINITEK,$
NK2: JB HOURK,NK3
LCALL DELY10MS
JB HOURK,NK3
INC HOUR
MOV A,HOUR
CJNE A,#24,NH24
MOV HOUR,#00H
NH24: LCALL DISP
JNB HOURK,$
NK3: LJMP WT
DELY10MS:
MOV R6,#10
D1: MOV R7,#248
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D1
RET
DISP:
MOV A,#DISPBUF
ADD A,#8
DEC A
MOV R1,A
MOV A,HOUR
MOV B,#10
DIV AB
MOV @R1,A
DEC R1
MOV A,#10
MOV@R1,A
DEC R1
MOV A,MINITE
MOV B,#10
DIV AB
MOV @R1,A
DEC R1
MOV A,B
MOV @R1,A
DEC R1
MOV A,#10
MOV@R1,A
DEC R1
MOV A,SECOND
MOV B,#10
DIV AB
MOV @R1,A
DEC R1
MOV A,B
MOV @R1,A
DEC R1
RET
INT_T0:
MOV TH0,#(65536-2000) / 256
MOV TL0,#(65536-2000) MOD 256
MOV A, #0FFH
MOV P3,A
MOV A,#DISPBUF
ADD A,DISPBIT
MOV R0,A
MOV A,@R0
MOV DPTR,#TABLE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
MOV A,DISPBIT
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P3,A
INC DISPBIT
MOV A,DISPBIT
CJNE A,#08H,KNA
MOV DISPBIT,#00H
KNA: INC T2SCNTA
MOV A,T2SCNTA
CJNE A,#100,DONE
MOV T2SCNTA,#00H
INC T2SCNTB
MOV A,T2SCNTB
CJNE A,#05H,DONE
MOV T2SCNTB,#00H
INC SECOND
MOV A,SECOND
CJNE A,#60,NEXT
MOV SECOND,#00H
INC MINITE
MOV A,MINITE
CJNE A,#60,NEXT
MOV MINITE,#00H
INC HOUR
MOV A,HOUR
CJNE A,#24,NEXT
MOV HOUR,#00H
NEXT: LCALL DISP
DONE: RETI
TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40H
TAB: DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH
END
附录二：
1．DXP
2.proteus 