项目七 玩转数码管（课件）-《单片机技术应用》同步教学（北理版）

项目七 玩转数码管 任务一 静态计数数码显示 任务二 动态计数数码显示 任务三 串行 LED 显示电路设计 返回 1 任务一 静态计数数码显示 一、任务描述 单片机上电，当按键按下时，单片机计数，同时将记下的按键次数用 P0 口输出，经数据缓冲驱动后进行显示。数据显示方式为静态显示，显示的位数是 1 位（即只能显示 0 ～ 9 ， A 、B 、…、 F ，要求按键按下的次数不能超过 16 ，否则显示不正确）。 二、基础知识 1. 七段 LED 数码管 七段 LED 数码管是由 8 只发光二极管组成的用于显示字段的数码型显示器件。 LED 数码管在使用的过程中具有显示清晰、组成灵活、成本低廉等特点，经常使用于家用电器和工业控制上。 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 2. 单位数码管静态显示硬件电路及测试程序 该任务利用接于 P3.2 引脚的按键 S7 作为外部计数输入端，采用 LED 数码管 L5 作为计数显示输出。字形译码要采用软件方式，数码管 8 个字段连接缓冲器 8 个输出口，输入口接单片机 P0 口，数码管 COM 端由 P2.5 输出控制，单片机控制 P2.5 始终输出为 0 ，则数码管显示采用静态显示方式。 按照电路图焊接电路板，检测电路焊接无误后，再通过测试程序检测电路。测试程序： ORG 0000H ;开始 CLR P2.5 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 START： MOV P0,#0FFH ;数码管所有字段灭 LCALL DELAY ;调用延时子程序 MOV P0,#00H ;数码管显示所有字段 LCALL DELAY ;调用延时子程序 AJMP START ;转到开始 DELAY： MOV R7,#100 ;延时子程序 DL1： MOV R6,#50 DL2： MOV R5,#20 DJNZ R5,$ 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 DJNZ R6,DL2 DJNZ R7,DL1 RET ;子程序调用返回 END ;程序结束 测试程序编译后下载到单片机中运行，结果是 LED 数码管按一定的时间间隔亮、灭运行。若测试结果中某段显示不正确，需检查硬件电路或器件的好坏。 三、数码管静态显示数据的控制程序设计 1. 编程思路 初始化部分，定义外部中断 0 触发方式、设置数码管初始状态、初始化显示单元和计数单元。 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 在主程序中不断检测计数次数和显示的数据可否一致，一致则继续循环，不一致则送显示数据显示然后再循环。按键的计数处理部分在外部中断 0 处理程序中，按键 S7 按下一次，CPU 中断一次，计数一次。程序中还利用“ CLR P2.5 ”指令使 P2.5 始终保持低电平，则控制 PNP 型三极管饱和导通，使 LED 数码管 COM 端始终接高电平，数码管静态显示。在字形译码时，采用软件查表的方式将要显示的次数转换成字形码，再由 P0 口输出，经缓冲器驱动显示。 2. 程序清单 1 位数码管静态显示程序 DISPLAY1.ASM ORG 0000H ;开始 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 LJMP START ORG 0003H ;INT0 中断服务程序入口地址 LJMP INT_COUNT START： CLR EA ;关闭 CPU 中断 CLR P2.5 ;控制 P2.5 输出 0,使数码管的 COM 始终接 V CC MOV 60H,#00H ;显示内容初始化 MOV 61H,#00H ;计数次数初始化 MOV P0,#0C0H ;初始,数码管显示数据“0” SETB IT0 ;定义 INT0 为边沿触发方式 SETB EX0 ;开外部中断 0 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 SETB EA ;开 CPU 中断 MAIN： MOV A,61H CJNE A,60H,DISP ;显示的数据与计数值不同则送显示 AJMP MAIN DISP： MOV 60H,A MOV DPTR,#TABLE MOV A,60H MOVC A,@A+DPTR ;查表,找出要显示的字形码 MOV P0,A 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 LJMP MAIN TABLE： DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H DB 99H,92H,82H,0F8H,80H,90H DB 88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH INT_COUNT： CLR EX0 PUSH A ;A 压入堆栈,保护 A 中数据 INC 61H ;按键次数加一 MOV A,61H 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 CLR C SUBB A,#10H JC INT_END MOV 61H,#00H;比较当按键次数大于 15 次（0FH 次）时清零,重新计数 INT_END：POP A ;A 出栈 SETB EX0 RETI ;中断返回 END 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 3. 程序分析 该程序执行的结果是：单片机上电，当没有按键按下时，数码管显示 0 ，当按键 S7 按下时，数码显示按键按下的次数，次数显示范围是 0 ～ 9 ， A （ 10 ）， B （ 11 ）， C （ 12 ）， D （ 13 ），E （ 14 ）， F （ 15 ）。 （ 1 ） ORG 0000H：表示程序从 0000H 地址开始执行； ORG 0003H：表示外部中断 0 中断时，CPU 程序指针跳入的地址，即该中断服务程序入口地址。 （ 2 ） MAIN：MOV A，61H CJNE A,60H,DISP 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 AJMP MAIN 61H 中存放按键 S7 按下的次数， 60H 为数码管要显示的数据。该项目主程序很简单，就是比较按键按下的次数和显示数据是否一致，不一致则送显示，一致则继续循环。 （ 3 ） MOV DPTR，#TABLE MOV A,60H MOVC A,@A+DPTR 利用软件查表的方式完成显示数据和字形码之间的转换。 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 假设按键按下的次数是 6 ，在60H 内存单元中存着，将次数送入累加器 A ，则 A 中数据为“ 6 ”， DPTR 中的内容是 TABLE的首地址，则 @A+DPTR 指向的地址是 TABLE+6 ，由表可得地址 TABLE+6 中的数据为 82H ，正好是“ 6 ”的字形码，从表中取出放在累加器 A 中，然后输出到接口上即可驱动数码显示，执行的指令是“ MOV P0 ， A ”。 （ 4 ） CLR C SUBB A,#10H JC INT_END 上一页 下一页 返回 任务一 静态计数数码显示 SUBB 指令完成的功能是带借位的减法，并且该指令执行完后影响状态寄存器 PSW 中 C的状态：执行减法时有借位则 C 为 1 ，无借位时 C 为 0 。 JC 指令功能是判断状态寄存器 PSW 中 C 的状态，若为 1 时则跳转，为 0 时则向下顺序执行指令。 这些指令完成的功能是判断累加器 A 中值是否大于 15 ，若不大于（ C=1 ）则跳转到INT_END ，大于（ C=0 ）则顺序执行指令。 上一页 返回 任务二 动态计数数码显示 一、任务描述 单片机内部定时 / 计数器 0 进行定时产生时钟信号小时、分钟和秒，用单片机 P0 口输出驱动 6 位数码管进行动态显示时钟信息，其中小时占两位数码管，分钟占两位数码管，秒占两位数码管。通过本任务掌握数码的动态显示方法，了解单片机产生时钟信号的原理。 二、基础知识 1. 6 位数码管动态显示控制硬件电路及测试程序 硬件原理图如图 7 − 2 所示。由图可知， 6 位数码管的各个不同的字段并不是用 P0 口直接驱动的，而是在数码管和单片机接口之间加数据缓冲器，起到缓冲和驱动的作用。 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 6 位数码管的 COM 端分别受 P2.0 、 P2.1 、 P2.2 、 P2.3 、 P2.4 、 P2.5 控制。按照原理图焊接线路板，并检测电路焊接无误后，再通过测试程序检测电路。测试程序如下： FLAG1 BIT 38H ；内存位地址 27H.0，显示 L0 数码管标志 FLAG2 BIT 39H ；内存位地址 27H.1，显示 L1 数码管标志 FLAG3 BIT 3AH ；内存位地址 27H.2，显示 L2 数码管标志 FLAG4 BIT 3BH ；内存位地址 27H.3，显示 L3 数码管标志 FLAG5 BIT 3CH ；内存位地址 27H.4，显示 L4 数码管标志 FLAG6 BIT 3DH ；内存位地址 27H.5，显示 L5 数码管标志 LED_CON EQU 60H ；数码管要显示的字段 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 ORG 0000H ;开始 LJMP START ORG 001BH LJMP INT_T1 ORG 0030H START: MOV TMOD,#00010000B ;设置定时器 1 工作方式 MOV TH1,#0F2H ;设置定时器初始值为 F2FBH MOV TL1,#0FBH SETB TR1 ;启动定时器 1 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 SETB EA ;开中断 SETB ET1 ;允许定时器 1 中断 MOV 27H,#00000001B ;FLAG1 为 1 MAIN: MOV LED_CON,#0H ;全亮字段 CALL CON_DISP CALL DELAY CALL DELAY MOV LED_CON,#0FFH CALL CON_DISP 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 CALL DELAY CALL DELAY AJMP MAIN ;转到 MAIN CON_DISP: MOV R1,#6 ;LED_CON 送到 50H~55H 中等待显示 MOV R0,#50H MOV A,LED_CON DISP1: MOV @R0,A INC R0 DJNZ R1,DISP1 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 RET DELAY: MOV R7,#100 ;延时子程序 DL1: MOV R6,#50 DL2: MOV R5,#20 DJNZ R5,$ DJNZ R6,DL2 DJNZ R7,DL1 RET ;子程序调用返回 INT_T1: MOV TH1,#0F2H ;设置定时器初始值为 F2FBH 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 MOV TL1,#0FBH JB FLAG1,INT_LED1 JB FLAG2,INT_LED2 JB FLAG3,INT_LED3 JB FLAG4,INT_LED4 JB FLAG5,INT_LED5 JB FLAG6,INT_LED6 INT_END: RETI INT_LED1: MOV P0,#0FFH 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 SETB P2.5 MOV P0,50H CLR P2.0 CLR FLAG1 SETB FLAG2 AJMP INT_END INT_LED2: MOV P0,#0FFH SETB P2.0 MOV P0,51H 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 CLR P2.1 CLR FLAG2 SETB FLAG3 AJMP INT_END INT_LED3: MOV P0,#0FFH SETB P2.1 MOV P0,52H CLR P2.2 CLR FLAG3 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 SETB FLAG4 AJMP INT_END INT_LED4: MOV P0,#0FFH SETB P2.2 MOV P0,53H CLR P2.3 CLR FLAG4 SETB FLAG5 AJMP INT_END 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 INT_LED5: MOV P0,#0FFH SETB P2.3 MOV P0,54H CLR P2.4 CLR FLAG5 SETB FLAG6 AJMP INT_END INT_LED6: MOV P0,0FFH SETB P2.4 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 MOV P0,55H CLR P2.5 CLR FLAG6 SETB FLAG1 AJMP INT_END END ;程序结束 2. 测试程序分析 测试程序编译后下载到单片机中运行，结果是 6 位 LED 数码管按一定的时间间隔全亮（显示“ 8 ”）、全灭运行。若测试结果不是，需检查硬件电路或器件好坏。 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 下面简单讲解一下该程序动态显示 6 位数码的设计思路和编程思路： 6 位数码管轮流显示，设置 6 个标志位（ FLAG1 ～ FLAG6 ），标志位若为 1 ，表示显示该位数码管，为 0 表示不该显示该位。利用人眼的视觉滞留效应，设置在 1 秒钟内所有的位循环显示 300 次，则显示 1 次的周期是 1 s/300=3.3 ms ，利用 51 单片机内部定时 / 计数器 1 ，定义中断时间为 3.3 ms ，中断时判断所有显示位的标志位，并跳入标志位为 1 的位，关闭上一位的显示，送出显示数据，打开该位的显示，同时清该位数码管的标志位，置需要显示的下一位的标志位。 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 要使定时器 T1 中断时间为 40 ms ，定时器 T1 的初始值计算过程如下： 因为设置定时器 T1 的工作方式为方式 1 ，设初始值为 X，则中断时间为(2 16 −X )×12/ f osc =40(ms)取 f osc =12 MHz求解方程得出 X =063C0H 。 三、数码管动态显示数据的控制程序设计 1. 编程思路 利用 51 单片机内部定时 / 计数器 0 进行定时，产生时钟信号秒、分钟、小时，并分别用 2位数码管进行显示，即秒占用 2 位，分钟占用 2 位，小时占用 2 位共 6 位数码管进行显示。 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 设置 50H ～ 55H 共 6 个字节单元存放要显示数据的字形码， 40H ～ 45H 共 6 个字节单元存放要显示的十进制数， 56H 、 57H 、 58H 三个单元分别装二进制秒、分钟、小时数据。 6 位数码管的动态显示的设计思路及编程思路同测试程序。 2. 程序清单 FLAG1 BIT 38H ;内存位地址 27H.0 FLAG2 BIT 39H ;内存位地址 27H.1 FLAG3 BIT 3AH ;内存位地址 27H.2 FLAG4 BIT 3BH ;内存位地址 27H.3 FLAG5 BIT 3CH ;内存位地址 27H.4 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 FLAG6 BIT 3DH ;内存位地址 27H.5 SEC EQU 56H MIN EQU 57H HOUR EQU 58H MSEC EQU 59H ORG 0000H ;开始 LJMP START ORG 000BH ;定时器 T0 中断入口地址 LJMP INT_T0 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 ORG 001BH ;定时器 1 中断入口地址 LJMP INT_T1 ORG 0030H START: MOV TMOD,#00010001B ;设置定时器 T0 和定时器 T1 的工作方式 MOV TH1,#0F2H ;设置定时器 T1 的初始值 MOV TL1,#0FBH MOV TH0,#3CH ;设置定时器 T0 的初始值 MOV TL0,#0B0H 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 SETB TR0 ;启动定时器 T0 SETB TR1 ;启动定时器 T1 MOV R0,#20H ;内存 20H~59H 共 58 个字节单元清零 MOV R1,#58 START1: MOV @R0,#00H INC R0 DJNZ R1,START1 MOV 27H,#00000001B ;设置数码管从 L1 位开始显示 MOV MSEC,#20 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 SETB EA ;开中断 SETB ET0 ;允许定时器 T0 中断 SETB ET1 ;允许定时器 T1 中断 MAIN: MOV A,SEC ;二进制秒数转化成十进制秒数 MOV R0,#40H CALL BIN_DEX MOV A,MIN ;二进制分钟数转化成十进制分钟数 MOV R0,#42H CALL BIN_DEX 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 MOV A,HOUR ;二进制小时数转化成十进制小时数 MOV R0,#44H CALL BIN_DEX MOV R2,#6 ;查表,十进制数转化成字形码 MOV R1,#40H MOV R0,#50H MOV DPTR,#TABLE MIAN1: MOV A,@R1 MOVC A,@A+DPTR 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 MOV @R0,A INC R1 INC R0 DJNE R2,MAIN1 JMP MAIN BIN_DEX: MOV B,#10 DIV AB MOV @R0,B INC R0 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 MOV @R0,A RET INT_T1: MOV TH1,#0F2H ;设置定时器 T1 的初始值 MOV TL1,#0FBH JB FLAG1,INT_LED1 ;定时器 T1 中断中处理数码管显示 JB FLAG2,INT_LED2 JB FLAG3,INT_LED3 JB FLAG4,INT_LED4 JB FLAG5,INT_LED5 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 JB FLAG6,INT_LED6 INT_END: RETI INT_LED1: MOV P0,#0FFH ;显示 L1 数码管处理程序 MOV P2,#0FFH MOV P0,50H CLR P2.0 CLR FLAG1 ;显示后更换显示标志位,以便下一周期显示下一位 SETB FLAG2 AJMP INT_END 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 INT_LED2: MOV P0,#0FFH ;显示 L2 数码管处理程序 MOV P2,#0FFH MOV P0,51H CLR P2.1 CLR FLAG2 SETB FLAG3 AJMP INT_END INT_LED3: MOV P0,#0FFH ;显示 L3 数码管处理程序 MOV P2,#0FFH 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 MOV P0,52H CLR P2.2 CLR FLAG3 SETB FLAG4 AJMP INT_END INT_LED4: MOV P0,#0FFH ;显示 L4 数码管处理程序 MOV P2,#0FFH MOV P0,53H CLR P2.3 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 CLR FLAG4 SETB FLAG5 AJMP INT_END INT_LED5: MOV P0,#0FFH ;显示 L5 数码管处理程序 MOV P2,#0FFH MOV P0,54H CLR P2.4 CLR FLAG5 SETB FLAG6 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 AJMP INT_END INT_LED6: MOV P0,#0FFH ;显示 L6 数码管处理程序 MOV P2,#0FFH MOV P0,55H CLR P2.5 CLR FLAG6 SETB FLAG1 ;循环到数码管 L1 标志位 AJMP INT_END INT_T0: PUSH PSW ;定时器 T0 定时中断产生时钟信号 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 PUSH ACC MOV TH0,#3CH ;设置定时器 T0 的初始值 MOV TL0,#0B0H DJNE MSEC,INT_T0_END MOV MSEC,#20 INC SEC MOV A,SEC CLR C SUBB A,#60 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 JC INT_T0_END INC MIN MOV SEC,#0 MOV A,MIN CLR C SUBB A,#60 JC INT_T0_END INC HOUR MOV MIN,#0 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 MOV A,HOUR CLR C SUBB A,#24 JC INT_T0_END MOV HOUR,#0 INT_T0_END: POP ACC POP PSW RETI TABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H 上一页 下一页 返回 任务二 动态计数数码显示 DB 99H,92H,82H,0F8H,80H,90H END ;程序结束 3. 程序分析 该程序执行的结果是：单片机上电， 6 位数码管显示时间，前两位显示小时，中间两位显示分钟，后两位显示秒。当 60 秒到时分钟数自动加 1 ，秒数清零；当 60 分钟到时，小时数自动加 1 ，分钟数清零；当 24 小时到时，小时数自动清零。 上一页 返回 任务三 串行 LED 显示电路设计 一、任务描述 在单片机系统设计中， LED 显示方式由于具有使用方便、价格低廉等优点而得到广泛应用。在采用并行显示方式时，显示电路的段码与位控码要占用单片机的较多口线，不能满足大型控制系统的要求。采用串行显示方式则只需占用 2 ～ 3 根口线，节约单片机大量的 I/O 线，且使用效果很好。本任务利用 74HC595A 实现多位 LED 串行显示。 二、电路设计 1. 74HC595A 工作原理 74HC595 具有 8 位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器有相互独立的时钟。 下一页 返回 任务三 串行 LED 显示电路设计 74HC595A 内部含有 8 位移位寄存器和 8 位 D 锁存器，其引脚及内部结构如图 7 − 3 所示。 串行移位寄存器接收外部输入的串行数据，一方面可进行串行数据输出，同时向锁存器提供 8 位并行输入数据，并具有异步复位功能； 8 位锁存器可三态输出并行数据。该芯片具有串行输入、并行输出两个独立的时钟信号。表 7 − 2 为该芯片的逻辑功能表。 输入数据在串行移位时钟 SRCLK 的上升沿，由串行输入端 SER 输入到芯片内部的串行移位寄存器中，同时由 SQH 端串行输出；在锁存时钟信号 RCLK 上升沿到来时，芯片将内部串行移位寄存器 8 位数据并行输出。正常工作时，应将复位端 SRCLR 与使能端 RCLK 分别接高电平、低电平。 上一页 下一页 返回 任务三 串行 LED 显示电路设计 2. 应用电路设计 图 7 − 4 为 12 位 LED 显示应用电路。该方案利用三片 74HC595A 芯片实现 12 位串行 LED显示控制。在串行时钟的控制下，可将显示器位控码与段控码逐位串行输入至三个芯片中，然后利用锁存信号实现并行输出，完成 12 位数码显示更新。利用此显示方式仅占用单片机三根口线，极大节约单片机口线资源。 三、程序设计 1. 位控码形成 初始位控码设定为显示第一位数码管（共阴极），见表 7 − 3 第一行位控码。 上一页 下一页 返回 任务三 串行 LED 显示电路设计 每显示完一位，需要改变位控码以显示下一位，表 7 − 3 反映了位控码的变化情况。 1 区寄存器 R6 、 R7 用于存放处理位控码。 2. 形成 20 位串行代码 利用 R3 、 R4 、 R5 将段码与位控码组装成 20 位串行输出码。以显示第 1 位数码管 L1 为例，设 R3 中存放显示缓冲区数据为 0 （段码为 3F ）， R4 中为位控码 07H ， R5 中为位控码 0FFH ，见表 7 − 4 中第一行数据。经过变换，合成为 20 位串行输出码，见表中第二行。工作时逐位输出 20 位位控码与段码， 20 位数据输出后，单片机发出锁存信号，于是相应数码管更新显示字符。 无效码 20 位有效码（ 8 位段码 ,12 位位控码） 上一页 下一页 返回 任务三 串行 LED 显示电路设计 3. 显示程序工作方式 本程序采用定时方式控制显示器工作。 12 位显示器采用动态扫描显示，每位显示器显示时间大约为 1.67 ms ，由定时器 T0 控制。 T0 定时时间到产生显示中断时，进入显示中断程序显示下一位数据。这种显示方式可提高 CPU 的工作效率，可准确控制显示器的刷新速度。 4. 中断显示子程序应用 编制一程序，在 12 位数码管上依次显示 0 、 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 8 、 9 、 10 、 11 。 上一页 返回 图 7 - 2 返回 图 7 - 3 返回 表 7 - 2 返回 图 7 - 4 返回 表 7 - 3 返回 表 7 - 4 返回 $$