【PPT】單片機應用技術(shù).課件

1、單片機應用技術(shù)項目項目2 2 數(shù)碼管顯示系統(tǒng)設(shè)計數(shù)碼管顯示系統(tǒng)設(shè)計瀘州職業(yè)技術(shù)學院機電工程系瀘州職業(yè)技術(shù)學院機電工程系單片機應用技術(shù)單片機應用技術(shù)精品課程組精品課程組本講主要內(nèi)容本講主要內(nèi)容4 相關(guān)知識1 教學目標2 工作任務(wù)3 項目實踐5 能力拓展6 項目考核1、終極目標、終極目標： 制作一個數(shù)碼管循環(huán)顯示數(shù)字09的單片機控制系統(tǒng)。2、促成目標：、促成目標：(1) 掌握單片機查表程序的設(shè)計方法；(2) 掌握單片機的LED顯示接口電路工作原理及其應用；(3) 掌單片機LED顯示接口的程序設(shè)計方法；(4) 初步掌握單片機應用系統(tǒng)分析和軟硬件設(shè)計的基本方法，建立單片機系統(tǒng)設(shè)計的基本概念；【教學目標

2、】 在數(shù)碼管上循環(huán)顯示數(shù)字09，時間間隔為0.2秒?！竟ぷ魅蝿?wù)】【活動一】總體設(shè)計【活動一】總體設(shè)計1.系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部份協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成信息的顯示；軟件主要完成信號的處理及控制功能等。 本系統(tǒng)的硬件采用模塊化設(shè)計，以AT89S52單片機為核心，與數(shù)碼管接口電路組成控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個模塊：AT89S52主控模塊、數(shù)碼管顯示模塊等。其中AT89S52主要完成外圍硬件的控制以及一些運算功能， 數(shù)碼管顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。系統(tǒng)組成方框圖如圖2.1所示。【項目實踐】 單 片 機數(shù)碼管顯示電路復位電路時鐘電路電源電路 圖2.1 數(shù)碼管

3、顯示系統(tǒng)組成方框圖【項目實踐】 應用軟件采用模塊化設(shè)計方法。該系統(tǒng)軟件主要由主程序、延時子程序等模塊組成，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示。延時子程序主程序 圖2.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖【項目實踐】2.系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管構(gòu)成，可以用來顯示數(shù)字、字符等，它在家電及工業(yè)控制中有著很廣泛的應用，例如用來顯示溫度、數(shù)量、重量、日期、時間等，具有顯示醒目、直觀的有點，如圖2.3所示。 圖2.3 數(shù)碼管實物圖【項目實踐】 數(shù)碼管實際上是由7個發(fā)光管組成“8”字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a、b、c、d、e、f、g、dp來表示。當數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定

4、的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣。例如：顯示一個“3”字，那么應當是a亮、b亮、c亮、d亮、e不亮、f不亮、g亮、dp不亮。數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.4所示，其中COM引腳為公共端，用來控制數(shù)碼管顯示的打開或關(guān)閉，即起到“使能”作用。 根據(jù)公共端接法的不同，數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖2.4(b)和圖 2.4(c)所示。 共陽極就是將8個LED的陽極連接到一起組成公共端COM，接正極，當相應字段為低電平“0”時，可以點亮該字段；當相應字段為高電平“1”時，該字段不亮。 共陰極就是將8個LED的陰極連接到一起組成公共端COM，接負極，當相應字段為高電平“1”時，可以點亮該字段

5、；當相應字段為低電平“0”時，該字段不亮?！卷椖繉嵺`】圖2.4 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖【項目實踐】【活動二】硬件設(shè)計【活動二】硬件設(shè)計1.主控模塊設(shè)計 本項目采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機，主控模塊的具體設(shè)計參見項目1。2.數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計 本項目中選用8段共陽極數(shù)碼管，數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g、dp段分別與單片機P0口的P0.5、P0.3、P0.1、P0.0、P0.4、P0.6、P0.7、P0.2相連，用來控制顯示數(shù)字的形狀。數(shù)碼管的公共使能端COM連接三極管C8550的集電極，三極管C8550主要用于信號的放大，以驅(qū)動數(shù)碼管工作。三極管8550的基極通過限流電阻接到單片

6、機P2口的P2.0，通過控制三極管C8550基極電平來打開或關(guān)閉數(shù)碼管的顯示，起到“使能作用”。三極管C8550的集電極接+5V電源。數(shù)碼管顯示模塊與單片機的接口電路如圖2.5所示?！卷椖繉嵺`】圖2.5 數(shù)碼管顯示模塊與單片機的接口電路原理圖【項目實踐】1.算法設(shè)計 對于數(shù)碼管而言，要想顯示數(shù)字或字母，首先應該選中該數(shù)碼管，然后相應字段被點亮。例如：顯示一個“3”字，那么應當是a亮、b亮、c亮、d亮、e不亮、f不亮、g亮、dp不亮。對于共陽極數(shù)碼管，對應到單片機的P0口，P0.7為低電平“0”，P0.6為高電平“1”，P0.5為低電平“0”，P0.4為高電平“1”，P0.3為低電平“0”，P0

7、.2為高電平“1”，P0.1為低電平“0”，P0.0為低電平“0”，即當把01010100(54H)送給P0口時，可以顯示“3”字。其他數(shù)字的顯示依此類推，那么可以列出數(shù)碼管顯示數(shù)字的段碼表如表2.1所示?！卷椖繉嵺`】【項目實踐】【活動三】軟件設(shè)計【活動三】軟件設(shè)計 表2.1 數(shù)碼管顯示數(shù)字的段碼表段名稱GFAEBDPCD對應段碼對應引腳P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0數(shù)字01000010084H數(shù)字111110101F5H數(shù)字20100011046H數(shù)字30101010054H數(shù)字40010010135H數(shù)字5000111001CH數(shù)字6000011000CH

8、數(shù)字711010101D5H數(shù)字80000010004H數(shù)字90001010014H【項目實踐】 如表2.1所示，由于數(shù)碼管顯示的數(shù)字“09”的字型碼“84H、0F5H、46H、54H、35H、1CH、0CH、0D5H、04H、14H”沒有規(guī)律可循，只能采用查表的方式來完成我們所需的要求。在程序設(shè)計中可以設(shè)計一個變量，每隔一定時間在“09”之間變化，然后按照這個數(shù)據(jù)去查找段碼表，把查到的數(shù)據(jù)送到P0口。 所謂表格是指在程序中定義的一串有序的常數(shù)，如平方表、字形碼表、鍵碼表等。因為程序一般都是固化在程序存儲器（通常是只讀存儲器ROM類型）中，因此可以說表格是預先定義在程序的數(shù)據(jù)區(qū)中，然后和程序一

9、起固化在ROM中的一串常數(shù)。 在程序設(shè)計中，有時需要預先把非線性數(shù)據(jù)以表格的形式存放在存儲器中，然后使用程序讀出，這種能讀出數(shù)據(jù)表格的程序就稱為查表程序。 查表程序的關(guān)鍵是表格的定義和如何實現(xiàn)查表。 表格的定義可以用偽指令DB來實現(xiàn)，查表的實現(xiàn)可以用指令MOVC A，A+PC或者MOVC A，A+DPTR來實現(xiàn)。【項目實踐】 按照數(shù)字09的順序，把每個數(shù)字的字型編碼按順序排列好，再用偽指令DB建立表格，最后利用指令MOVC A，A+PC或者MOVC A，A+DPTR來實現(xiàn)查表。 建立的表格的程序代碼如下所示：TABLE：DB 84H，0F5H，46H，54H，35H，1CH，0CH，0D5H，

10、04H，14H2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計 單片機的P0口用于控制數(shù)碼管所要顯示的字形； P2口P2.0用于控制三極管8550是否導通，從而實現(xiàn)對數(shù)碼管的片選； 工作寄存器R1為數(shù)碼管數(shù)據(jù)表索引寄存器； 數(shù)據(jù)指針DPTR為數(shù)碼管字型碼的基址寄存器； 工作寄存器R5、R6、R7為延時子程序的循環(huán)變量?！卷椖繉嵺`】 3.程序設(shè)計 (1) 主程序設(shè)計 主程序主要完成硬件初始化、子程序調(diào)用等功能。 初始化設(shè)置數(shù)碼管使能信號有效，即P2.0=0；將數(shù)碼管數(shù)據(jù)表索引寄存器R1賦初值00H。 字符顯示 在查表時首先用MOV A，R1指令將存放在R1中的索引值送給累加器A，將數(shù)據(jù)表的表首地址TABLE送給數(shù)據(jù)指針DPTR

11、，然后用查表指令MOVC A， A+DPTR取出數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，DPTR的值加上A的值即為所取數(shù)據(jù)的地址，將該地址中的數(shù)據(jù)送給A；接著把A的值送給用于控制數(shù)碼管顯示字形的P0口，即可在數(shù)碼管上顯示相應的數(shù)字。調(diào)用延時子程序是使數(shù)碼管能夠穩(wěn)定顯示相應的數(shù)字。最后數(shù)碼管數(shù)據(jù)表索引寄存器R1加1，為下一個數(shù)字的顯示做準備。【項目實踐】 查表結(jié)束判斷 對數(shù)碼管數(shù)據(jù)表索引寄存器R1的值進行判斷是否為結(jié)束碼0AH，應用比較轉(zhuǎn)移指令CJNE R1，#10，NEXT來判斷數(shù)字09是否顯示完。若未顯示完則程序轉(zhuǎn)移至標號NEXT的指令處執(zhí)行，將存放在R1中的索引值送給累加器A，將數(shù)據(jù)表的表首地址TABLE送給數(shù)據(jù)

12、指針DPTR，然后用查表指令MOVC A，A+DPTR取出數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，為下一個數(shù)字的顯示做準備；若顯示完則順序執(zhí)行，將跳轉(zhuǎn)至主程序開始，重新將數(shù)碼管數(shù)據(jù)表索引寄存器R1賦初值00H。從而實現(xiàn)數(shù)字09的循環(huán)顯示。 主程序設(shè)計流程圖如圖2.6所示?！卷椖繉嵺`】 設(shè)置數(shù)碼管字型碼變址寄存器初值R1=0開始調(diào)用延時子程序Y R1=10?N根據(jù)R1的值查表查表獲得的數(shù)據(jù)送P0R1+1R1數(shù)碼管使能信號有效，P2.0=0 圖2.6 主程序設(shè)計流程圖【項目實踐】 (2) 延時子程序模塊設(shè)計 延時子程序模塊設(shè)計請參考項目1。 4.匯編語言源程序匯編語言源程序 ；* ；功能：主程序 ；* ORG 0000H

13、 MOV P2， #0FEH ；P2.0用于控制數(shù)碼管的片選 START： MOV R1， #00H ；R1為數(shù)碼管字型碼的變址寄存器 NEXT： MOV A， R1 ；把字型碼的變址地址送給累加器A MOV DPTR， #TABLE ；取得表首地址 MOVC A， A+DPTR ；查表，取得顯示的字型碼 MOV P0， A ；P0用于數(shù)碼管的字位口控制 LCALL DELAY200ms ；調(diào)用延時子程序 INC R1 ；下一個字型碼的變址寄存器 CJNE R1， #10， NEXT ；判斷09是否顯示完畢 LJMP START ；循環(huán)顯示【項目實踐】;*；功能：延時子程序；*DELAY200

14、ms： MOV R5， #20 LOOP1： MOV R6， #20 LOOP2： MOV R7， #230 DJNZ R7， $ DJNZ R6， LOOP2 DJNZ R5， LOOP1 RET【項目實踐】;*；功能：；LED字段碼表；*；8字LED的連接方法；P0.7，P0.6，P0.5，P0.4，P0.3，P0.2，P0.1，P0.0；G， F A E B H C DTABLE：DB 84H，0F5H，46H，54H，35H，1CH，0CH，0D5H，04H，14HEND【項目實踐】5.C語言源程序語言源程序#include unsigned char code table=0 x3f

15、，0 x06，0 x5b，0 x4f，0 x66， 0 x6d，0 x7d，0 x07，0 x7f，0 x6f;unsigned char dispcount;void delay02s(void) unsigned char i，j，k; for(i=20;i0;i-) for(j=20;j0;j-) for(k=248;k0;k-);【項目實踐】void main(void) P2=0 xfe; while(1) for(dispcount=0;dispcount10;dispcount+) P0=tabledispcount; delay02s(); 【項目實踐】 系統(tǒng)仿真調(diào)試過程參見項

16、目1?！卷椖繉嵺`】【活動四】系統(tǒng)仿真調(diào)試【活動四】系統(tǒng)仿真調(diào)試一、數(shù)碼管基本知識一、數(shù)碼管基本知識 顯示器是最常用的輸出設(shè)備。特別是發(fā)光二級管顯示器（LED：Light Emitting Diode）和液晶顯示器（LCD），由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、接口容易，得到廣泛的應用，尤其在單片機系統(tǒng)中大量使用。本項目主要介紹發(fā)光二級管顯示器（LED）與單片機的接口設(shè)計和相應的程序設(shè)計。液晶顯示器（LCD）與單片機的接口設(shè)計請參見項目6?！鞠嚓P(guān)知識】1.數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管(以下簡稱字段)構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字 09、 字符 AF、H、L、P、U、符號“”及小數(shù)點“

17、.”。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如圖2.7(a) 所示，數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖 2.7(b)和圖 2.7(c)所示。 所謂共陰極，即是將所有LED的陰極連接到一起，而共陽極則相反，所有的陽極被連接到了一起。但不管哪種結(jié)構(gòu)，其顯示設(shè)計的原理基本相同，唯一的是其驅(qū)動的電路的設(shè)計有所差異，一般共陰極采用推（Push）電流的方式來驅(qū)動，而共陽極結(jié)構(gòu)則采用拉（Pull）電流的方式來驅(qū)動?！鞠嚓P(guān)知識】 圖2.7 數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)圖 【相關(guān)知識】2.數(shù)碼管工作原理數(shù)碼管工作原理 共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極(二極管正端)連接在一起。通常，公共陽極接高電平(一般接電源)，其他管腳接段驅(qū)動電路

18、輸出端。當某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。3.數(shù)碼管的字形編碼數(shù)碼管的字形編碼 要使數(shù)碼管顯示出相應的數(shù)字或字符，必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應的字形編碼。對照圖2.7，字型碼各位定義為：數(shù)據(jù)線D0與a字段對應，D1與b字段對應，依次類推。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對應字段亮，數(shù)據(jù)為 1 表示對應字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對應字段暗，數(shù)據(jù)為 1 表示對應字段亮。如要顯示“0”，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應為

19、 11000000B(即C0H)；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應為00111111B(即3FH)。依次類推，可求得數(shù)碼管字形編碼見表2.2?！鞠嚓P(guān)知識】 表2.2 數(shù)碼管字型編碼表【相關(guān)知識】【相關(guān)知識】4.LED數(shù)碼管顯示方式數(shù)碼管顯示方式 根據(jù)LED顯示的硬件設(shè)計方法的不同，LED顯示驅(qū)動分為靜態(tài)法和動態(tài)法兩種方法。 (1) LED 的靜態(tài)顯示方式 所謂靜態(tài)顯示驅(qū)動法，即是指每一個LED燈分別對應一個獨立的I/O驅(qū)動口；其點亮和關(guān)閉由該I/O來對其進行控制，互不干擾。對于I/O驅(qū)動能力弱的MCU，必須增加外部的驅(qū)動芯片或驅(qū)動三極管等器件。 LED顯示器工作在靜態(tài)方式時，其公共端應接到一個固定的電

20、平(共陰極接低電平，共陽極接高電平)。如圖 2.8 所示為兩位共陽極 LED 數(shù)碼管與單片機連接?！鞠嚓P(guān)知識】 此種設(shè)計一般應用在對單個LED的驅(qū)動或LED數(shù)量較少，且所選的MCU I/O比較充裕的情況下。比如一些項目的LED指示燈、產(chǎn)品的設(shè)計中只有一個7段LED碼需要顯示等。 由于每一個LED均由獨立的I/O口來控制，因此此種顯示驅(qū)動的軟件設(shè)計 比較簡單明了，無需特別的處理，在需要點亮和關(guān)閉時設(shè)置相應的I/O輸出口的電平即可（即“0”或“1”，具體須根據(jù)驅(qū)動電路的設(shè)計來決定）?！鞠嚓P(guān)知識】 圖2.8 LED 靜態(tài)顯示電路【相關(guān)知識】 優(yōu)點：電路設(shè)計簡單，編程簡單，而且LED的亮度控制容易，只

21、需在驅(qū)動端增加相應的電流調(diào)節(jié)電阻即可方便地實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)（對于存在獨立驅(qū)動的設(shè)計，還可以通過調(diào)整驅(qū)動電壓來達到亮度的調(diào)節(jié)）。 缺點：由于每一個LED燈需要一個I/O口，因此對I/O口的需求較大，不易實現(xiàn)大數(shù)量的LED驅(qū)動和顯示，擴展性能差。【相關(guān)知識】(2) LED 的動態(tài)顯示方式 在LED的位數(shù)比較多時，采用靜態(tài)顯示方式，要占用大量的I/O，硬件電路比較復雜，為了簡化電路，降低成本，可采用動態(tài)顯示方式。 所謂動態(tài)顯示動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的點亮既跟點亮時的導通電流有關(guān)，也跟點亮時間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時

22、間的參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個I/O口（稱為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個8位口（稱為段數(shù)據(jù)口）。 動態(tài)顯示的硬件接法是將所有 LED 顯示器的段選線并在一起，接到一個 8 位的I/O 接口上，而位選線則分開接到各自的控制 I/O 線上。 【相關(guān)知識】 各LED的段選線是并到一起的，如果不加控制，在送顯示字模時各LED會顯示同樣的內(nèi)容，為解決這一問題，應使LED在每一個時間段內(nèi)只顯示一位，在此期間只使一位LED 的位選線有效，則在此期間內(nèi)只有一位LED顯示，而其他LED不顯示，通過程序 或硬件電路控制，各LED在一個

23、顯示周期內(nèi)分別顯示一段時間，當一個顯示周期足夠短時(小于100ms)，由于人眼的視覺暫留特性，使人感覺每個LED總在亮。這種方式稱動態(tài)掃描顯示方式，完成這種功能可由軟件也可由硬件完成。圖2.9是用MCS-51單片機設(shè)計的一個5位共陰極LED動態(tài)顯示電路。 8位共陽極顯示器和單片機的接口邏輯如圖2.9所示。P0端口接動態(tài)數(shù)碼管的字形碼筆段（段數(shù)據(jù)口），P2端口接動態(tài)數(shù)碼管的數(shù)位選擇端（掃描口）。【相關(guān)知識】 圖 2.9 LED 動態(tài)顯示電路【相關(guān)知識】二、項目相關(guān)的指令二、項目相關(guān)的指令1定義字節(jié)指令偽指令定義字節(jié)指令偽指令DB指令格式： 標號：DB 字節(jié)常數(shù)表或ASCII碼字符表 功能：從指定

24、的地址單元開始定義若干個字節(jié)的數(shù)值或ASCII碼字符，各數(shù)據(jù)之間用逗號分隔，常用于定義一個數(shù)據(jù)表格存入程序存儲器。在表示ASCII碼字符時需要在字符上加單引號，標號表示數(shù)據(jù)表的首地址。【相關(guān)知識】 【例如】下面的DB指令從0100H單元開始定義了一個10個字節(jié)的數(shù)據(jù)表。 ORG 0100H TAB：DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H DB 6DH，7DH，07H，7FH，6FH DB定義的數(shù)據(jù)表一行可以寫多個數(shù)據(jù)，當一行寫不下要分行時，在下一行也必須用DB偽指令開頭。數(shù)據(jù)表首地址為0100H，那么標號TAB=0100H，定義了10個字節(jié)數(shù)據(jù)，(0100H)=3FH，(0101H)=0

25、6H，(0102H)=5BH，以此類推，(0109H)=6FH。 216位數(shù)據(jù)傳送指令位數(shù)據(jù)傳送指令 MOV DPTR，#data16 ；DPTRdata16 這是51單片機唯一的一條16位數(shù)據(jù)傳送指令，其功能是將16位立即數(shù)送入數(shù)據(jù)指針DPTR。【相關(guān)知識】3程序存儲器傳送指令程序存儲器傳送指令 MOVC A，A+PC ;PCPC+1，A(A+PC) MOVC A，A+DPTR ; A(A+DPTR) 這兩條指令都是一字節(jié)指令，并且都為變址尋址方式，其尋址范圍為64KB。程序存儲器傳送指令的助記符是在MOV的后面加C，“C”是Code的第一個字母，是代碼的意思。這兩條指令用于訪問程序存儲器中的數(shù)據(jù)表格，因此可以把它們看成是查表專用指令。 在第1條指令中以PC作為基址寄存器，第2條指令中以DPTR作為基址寄存器。兩條指令中A均作為變址寄存器，通常A的值為要取數(shù)據(jù)的索引值（即要取數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)表中的序號）。在MOVC A，A+PC指令中由于