项目4
数码管驱动电路系统设计

设计任务

设计一个简单的数码管驱动电路，驱动一个数码管循环显示数字0~9。

基本要求

利用单片机I/O接口驱动一个共阳极数码管。当该数码管的某个字段阴极为低电平时，该字段就被点亮；当该数码管某个字段阴极为高电平时，该字段就不亮。要使这个数码管循环显示数字0~9，必须满足以下条件。

☺ 使用5V供电电压。

☺ 数码管的公共端（COM端）要接5V供电电压，而数码管的阴极接到单片机的I/O接口。只要单片机I/O接口的某个引脚输出低电平就能点亮数码管的相应字段。

☺ 数码管的每个字段都由单片机I/O接口的一个引脚驱动。

☺ 数码管的工作电流为5~10mA。

总体思路

首先为单片机设计一个最小系统，并设计一个串口下载模块，能从单片机内下载程序。由于单片机需要5V供电电压，所以设计一个5V供电电路。

系统组成

整个数码管驱动电路系统主要分为以下4个模块。

☺ 电源模块。

☺ 串口下载模块：将在计算机上编写好的程序下载到单片机中。

☺ 单片机模块：利用单片机I/O接口驱动数码管的各个段码。

☺ 数码管模块。

数码管驱动电路系统框图如图4-1所示。

电路原理图（见图4-2）

模块详解

1. 电源模块

由于要给整个系统供电，所以必须设计一个直流稳压电源。这里为了设计方便，直接通过一个两引脚排针，外接5V电源对整个系统进行供电，并通过LED指示电源是否供电正常，如图4-3所示。

在图4-3中，J2外接5V电源和地，B2是开关，D1是LED。当外接5V电源后，闭合开关B2，如果D1亮了，就说明外接5V电源供电正常。

2. 串口下载模块

要把在计算机上编写好的程序下载到PCB上的单片机内，就必须设计串口下载模块。串口下载模块如图4-4所示。

在图4-4中，串口采用的是D9串口母座，与MAX232芯片共同构成串口下载模块。其中，MAX232芯片的12引脚和11引脚分别接AT89C52单片机的P3.0引脚和P3.1引脚，以便把程序下载到AT89C52单片机内。

AT89C52单片机提供的引脚电平与RS-232标准的不一样，必须对AT89C52单片机的引脚电平进行电平转换后才能使AT89C52单片机与计算机进行通信。本设计采用MAX232芯片进行这个电平转换。

MAX232芯片是具有RS-232标准串口的单电源电平转换芯片，使用正5V单电源供电。MAX232芯片的主要特点如下。

☺ 符合RS-232标准。

☺ 只需正5V单电源供电。

☺ 片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生正、负10V电压。

☺ 功耗低，典型供电电流为5mA。

☺ 内部集成两个RS-232C驱动器。

☺ 高集成度，片外只需4个电容即可工作。

☺ 内部集成2个RS-232C接收器。

3. 单片机模块

单片机模块采用AT89C52单片机，如图4-5所示。

在图4-5中，电容C7、电阻R1及开关B1构成复位电路；X1、C5、C6构成时钟电路；AT89C52单片机的P2接口控制数码管。

4. 数码管模块

如图4-6所示，运用一个数码管来循环显示数字0~9，并通过电源模块对该数码管进行供电，该数码管的阴极分别接上470Ω电阻，然后接上AT89C52单片机的P2.0~P2.7引脚。

在图4-6中，用AT89C52单片机的P2.0~P2.7引脚驱动数码管，使其循环显示数字0~9。

数码管显示数字0的仿真如图4-7所示。数码管显示数字9的仿真如图4-8所示。

软件设计

根据系统设计要求，首先画出程序流程图，如图4-9所示。

按照程序流程图，编写程序如下：

调试与仿真

将程序下载到AT89C52单片机内，对数码管驱动电路系统进行仿真，如图4-10所示。从仿真结果来看，该系统满足设计要求。

电路板布线图（见图4-11）

实物照片（见图4-12）

思考与练习

（1）简述数码管显示原理。

答：数码管的每个字段本质就是一个LED。当对这个LED加上适当的正向电压时，就能点亮数码管相应字段。

（2）为什么在电源模块中要设计LED？

答：因为设计了LED后，就能直观地确定外接电源是否供电正常。

（3）在单片机模块中，复位电路的作用是什么？

答：复位电路的主要作用是把特殊功能寄存器中的数据刷新为默认数据。单片机在运算过程中，干扰等外界原因会造成特殊功能寄存器中的数据混乱，从而使单片机不能正常继续执行程序或产生不正确的结果，这时均要通过复位电路进行相应的复位操作，以使程序重新开始运行。

特别提醒

（1）当完成数码管驱动电路系统各模块设计后，必须对各模块进行适当连接，并考虑元器件之间的相互影响。

（2）当完成数码管驱动电路系统设计后，要对数码管驱动电路进行测试，看接线、供电是否正常。

（3）当电路板上的元器件被焊好后，加电测试该电路板，看其能不能正常工作。