單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) 課件 項(xiàng)目4 產(chǎn)品計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

項(xiàng)目4產(chǎn)品計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)素質(zhì)目標(biāo)1.通過(guò)數(shù)碼管低功耗節(jié)能顯示培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約意識(shí)。2.培養(yǎng)學(xué)生的代碼編寫規(guī)范、勇于實(shí)踐的勞動(dòng)精神和精益求精的工匠精神。知識(shí)目標(biāo)1.能說(shuō)出數(shù)碼管常見型號(hào)和類型和數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式。2.能提供數(shù)碼管靜態(tài)電路設(shè)計(jì)。3.能說(shuō)出C語(yǔ)言一維數(shù)組的使用。能力目標(biāo)1.能分析電路原理圖和能使用常用元器件設(shè)計(jì)數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路模塊。2.能夠基于C語(yǔ)言，熟練使用一維數(shù)組的查表功能，學(xué)會(huì)數(shù)碼管靜態(tài)顯示的程序編寫調(diào)試。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品計(jì)數(shù)器的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，即單片機(jī)的某個(gè)I/O口作輸入口，外接紅外線光電傳感器作為實(shí)時(shí)產(chǎn)品計(jì)數(shù)，1個(gè)獨(dú)立按鍵為計(jì)數(shù)值復(fù)位清零的功能按鈕；單片機(jī)的某些I/O口作輸出口，接2個(gè)1位數(shù)碼管，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品計(jì)數(shù)顯示效果。基于單片機(jī)的產(chǎn)品計(jì)數(shù)器產(chǎn)品計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介計(jì)數(shù)器是一種可以用在不同工作、生活場(chǎng)合，對(duì)超市、停車場(chǎng)、公交汽車、銀行、圖書館、快遞業(yè)、印刷業(yè)等場(chǎng)合的人數(shù)、車數(shù)或者產(chǎn)品數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理。產(chǎn)品計(jì)數(shù)器利用單片機(jī)技術(shù)和光電傳感器、按鍵、數(shù)碼管等組成系統(tǒng)，通過(guò)光電傳感器檢測(cè)已加工的產(chǎn)品，并將這一自動(dòng)檢測(cè)信息送入單片機(jī)系統(tǒng)中；通過(guò)獨(dú)立按鍵完成復(fù)位清零操作；通過(guò)數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)數(shù)量信息，采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式，可以保證其長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作，也具備了高亮度、可視性、小功耗、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)碼管簡(jiǎn)介數(shù)碼管是一種用于顯示數(shù)字和一些字母符號(hào)的電子元件，通常由LED或熒光燈組成，其基本單元是發(fā)光二極管。通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)應(yīng)的電流，會(huì)使其發(fā)亮，從而能夠顯示時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。由于它的價(jià)格便宜，被廣泛用作數(shù)字儀器儀表、自動(dòng)化控制裝置、計(jì)算機(jī)的數(shù)顯器件，特別是在家用電器領(lǐng)域應(yīng)用極為普遍，如空調(diào)、熱水器、冰箱等。數(shù)碼管實(shí)物圖常見的數(shù)碼管包括七段數(shù)碼管和十六段數(shù)碼管。七段數(shù)碼管由七個(gè)LED燈組成，分別表示數(shù)字0-9以及一些字母符號(hào)。十六段數(shù)碼管則由16個(gè)LED燈組成，除了數(shù)字0-9以外，還可以表示更多的字母符號(hào)和圖形。數(shù)碼管可以作為一種節(jié)能的顯示器件來(lái)使用，它的功耗通常比液晶顯示器等其他顯示器件要低得多，數(shù)碼管是固態(tài)器件，使用壽命比其他顯示器件要長(zhǎng)，數(shù)碼管通常只顯示數(shù)字和字母，而不需要顯示復(fù)雜的圖形和圖像，因此它們可以使用較低的分辨率和較少的像素。這意味著數(shù)碼管所需的計(jì)算和圖形處理能力更低，從而減少了能源消耗。數(shù)碼管的主要特點(diǎn)是：（1）驅(qū)動(dòng)發(fā)光只需要低電壓、小電流的條件，并且其能與CMOS電路、TTL電路兼容。（2）數(shù)碼管的響應(yīng)時(shí)間非常短(<0.1μｓ)，它的高頻特性好，單色性好，亮度高。（3）數(shù)碼管的體積小，重量輕，抗沖擊能力高。數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)和分類LED數(shù)碼管（LEDSegmentDisplays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管，如圖所示。數(shù)碼管內(nèi)部電路圖數(shù)碼管字形編碼要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符，必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。字型碼各位定義為：數(shù)據(jù)線D0與a字段對(duì)應(yīng)，D1與b字段對(duì)應(yīng)……，依此類推。如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段滅，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段亮。如使用共陽(yáng)極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段滅；如要顯示“0”，共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B（即3FH），共陽(yáng)極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即C0H）。數(shù)碼管字形編碼顯示數(shù)字共陰順序小數(shù)點(diǎn)滅共陽(yáng)順序小數(shù)點(diǎn)亮共陽(yáng)順序小數(shù)點(diǎn)滅Dpgfedcba16進(jìn)制0001111113FH40HC0H10000011006H79HF9H2010110115BH24HA4H3010011114FH30HB0H40110011066H19H99H5011011016DH12H92H6011111017DH02H82H70000011107H78HF8H8011111117FH00H80H9011011116FH10H90H根據(jù)LED顯示的硬件設(shè)計(jì)方法的不同，LED顯示驅(qū)動(dòng)分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方法。1.靜態(tài)顯示方式所謂靜態(tài)顯示方式，就是當(dāng)顯示某一個(gè)數(shù)字時(shí)，代表相應(yīng)筆劃的發(fā)光二極管恒定發(fā)光，例如7段數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f筆段亮?xí)r顯示數(shù)字0；b、c亮?xí)r顯示1；a、b、d、e、g亮?xí)r顯示2等。數(shù)碼管的顯示方式靜態(tài)顯示電路數(shù)碼管的靜態(tài)顯示方式連接所有LED的位選均共同連接到+VCC或GND，每個(gè)LED的8根段選線分別連接一個(gè)8位并行I/O口，從該I/O口送出相應(yīng)的字型碼顯示字型。特點(diǎn)原理簡(jiǎn)單；顯示亮度強(qiáng)，無(wú)閃爍；占用I/O資源較多。數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方式連接

所有LED的段選線共同連接在一起共用一個(gè)8位I/O口，而每個(gè)LED的位選分別由一根相應(yīng)的I/O口線控制。因此必須采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，每一個(gè)時(shí)刻只選通其中一個(gè)LED，同時(shí)在段選口送出該位LED的字型碼。動(dòng)態(tài)顯示電路紅外線光電傳感器紅外線光電傳感器是一種利用人肉眼看不見的、波長(zhǎng)為780nm-1mm的近紅外線和紅外線的反射在介質(zhì)中傳播后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離后返回接收信息來(lái)自動(dòng)檢測(cè)和判別物體的傳感器。紅外線光電傳感器是由發(fā)射器、接收器和檢測(cè)電路三部分組成。紅外線光電傳感器數(shù)組數(shù)組：構(gòu)造數(shù)據(jù)類型，是一組有序數(shù)據(jù)的集合數(shù)據(jù)類型基本類型構(gòu)造類型指針類型空類型整型實(shí)型字符型數(shù)組結(jié)構(gòu)聯(lián)合枚舉單精度型雙精度C語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型數(shù)組的概念數(shù)組是構(gòu)造數(shù)據(jù)類型，是一組有序數(shù)據(jù)的集合，數(shù)組中的每個(gè)元素都屬于同一種數(shù)據(jù)類型，不允許在同一數(shù)組中出現(xiàn)不同類型的變量，數(shù)組元素的數(shù)據(jù)類型就是該數(shù)組的基本類型。例如，整型數(shù)據(jù)的有序集合稱為整型數(shù)組，字符型數(shù)據(jù)的有序集合稱為字符型數(shù)組。數(shù)組分為一維、二維、三維和多維數(shù)組等，常用的是一維、二維和字符數(shù)組。數(shù)組的基本特點(diǎn)構(gòu)造類型數(shù)據(jù)：由基本類型數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則組成。數(shù)組：同類型數(shù)據(jù)的一個(gè)有序集合。數(shù)組用一個(gè)名字來(lái)標(biāo)識(shí)，稱為數(shù)組名。數(shù)組中各元素的順序用下標(biāo)表示，下標(biāo)為n的元素可以表示為數(shù)組名[n]。改變[]中的下標(biāo)就可以訪問(wèn)數(shù)組中所有的元素。應(yīng)用場(chǎng)合:需要處理的數(shù)據(jù)為數(shù)量已知的若干相同類型的數(shù)據(jù)時(shí)。注意：數(shù)組先定義，后使用。一維數(shù)組的定義和引用一維數(shù)組的定義：一般格式：類型標(biāo)識(shí)符數(shù)組名[常量表達(dá)式]；

int

array[10];

unsignedcharnum[7];說(shuō)明：數(shù)組名——見名知意；數(shù)組名中存放的是一個(gè)地址常量，它代表整個(gè)數(shù)組的首地址。同一數(shù)組中的所有元素，按其下標(biāo)的順序占用一段連續(xù)的存儲(chǔ)單元。方括弧而非圓括??；常量表達(dá)式：可以是常量或符號(hào)常量；表示數(shù)組元素的個(gè)數(shù)（也稱數(shù)組長(zhǎng)度）。不允許對(duì)數(shù)組大小作動(dòng)態(tài)定義。數(shù)組元素下標(biāo)從0開始。array[0],array[1],…array[9];遵循標(biāo)識(shí)符命名規(guī)則一維數(shù)組的定義和引用一維數(shù)組的初始化：一般格式：數(shù)據(jù)類型數(shù)組名[常量表達(dá)式]＝{初值表};說(shuō)明：定義時(shí)賦初值；intscore[5]={1,2,3,4,5};給一部分元素賦值；intscore[5]={1,2};不對(duì)數(shù)組全部元素賦值，則全部元素被賦值為0；

intscore[5];給全部數(shù)組元素賦初值時(shí)，可以不指定數(shù)組長(zhǎng)度；

intscore[]={1,2,3,4,5};一維數(shù)組的定義和引用一維數(shù)組的查表功能：數(shù)組的一個(gè)非常有用的功能之一就是查表。表可以事先計(jì)算后裝入程序存儲(chǔ)器中。如：unsignedcharcodetab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//定義數(shù)組tab[]，并初始化unsignedchark;

while(1){ for(k=0;k<10;k++) {P2=tab[k];//查表取數(shù)}

}二維數(shù)組或多維數(shù)組數(shù)組的下標(biāo)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上，則稱為二維數(shù)組或多維數(shù)組。定義二維數(shù)組的一般形式如下：

類型說(shuō)明符數(shù)組名[行數(shù)][列數(shù)];其中，數(shù)組名是一個(gè)標(biāo)識(shí)符，行數(shù)和列數(shù)都是常量表達(dá)式。例如：floatdemo2[3][4];//demo2數(shù)組有3行4列共12個(gè)實(shí)型元素二維數(shù)組也可以在定義時(shí)進(jìn)行整體初始化，也可以在定義后單個(gè)地進(jìn)行賦值。例如：inta[3][4]={{1，2，3，4}，{5，6，7，8}，{9，10，11，12}}；//全部初始化intb[3][4]={{1，2，3，4}，{5，6，7，8}，{}}；//部分初始化，未初始化的個(gè)元素為0字符數(shù)組若一個(gè)數(shù)組的元素是字符型的，則該數(shù)組就是一個(gè)字符數(shù)組。例如：chara[12]={“ChongQing”};//字符數(shù)

charadd[3][6]={"weight","height","width"};//字符串?dāng)?shù)組

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(hào)的處理及控制。與數(shù)碼管電路組成控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個(gè)模塊：AT89C52主控模塊、數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路模塊等。其中AT89C52主要完成外圍硬件的控制以及一些運(yùn)算功能，傳感器電路完成計(jì)數(shù)，按鍵完成復(fù)位功能，數(shù)碼管完成數(shù)字00到99的顯示功能。本系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品計(jì)數(shù)顯示功能。產(chǎn)品計(jì)數(shù)器方案設(shè)計(jì)單片機(jī)數(shù)碼管顯示電路復(fù)位電路時(shí)鐘電路電源電路紅外光電傳感器電路按鍵電路硬件方案確定最小系統(tǒng)單片機(jī)傳感器電路設(shè)計(jì)硬件方案按鍵復(fù)位設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)產(chǎn)品計(jì)數(shù)器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括最小系統(tǒng)、按鍵電路（其中一個(gè)按鍵模擬傳感器信號(hào)，另一個(gè)按鍵為復(fù)位按鈕）及數(shù)碼管顯示電路。產(chǎn)品計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)由按鍵電路完成，利用P1口的P1.0~P1.1端口分別模擬外部傳感器信號(hào)和實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)值復(fù)位清零功能。采用2個(gè)1位共陽(yáng)極數(shù)碼管為顯示器。單片機(jī)的P2口、P3口分別與兩個(gè)數(shù)碼管的段碼連接，其中P2口連接顯示計(jì)數(shù)的十位，P3口連接顯示計(jì)數(shù)的個(gè)位。P2口、P3口的八個(gè)引腳剛好對(duì)應(yīng)P2、P3口特殊功能寄存器的八個(gè)二進(jìn)位，當(dāng)P2、P3口某個(gè)引腳輸出高電平“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)數(shù)碼管段碼熄滅；當(dāng)P2、P3口某個(gè)引腳輸出低電平“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)數(shù)碼管段碼點(diǎn)亮。若將計(jì)數(shù)值進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)分離，再分別給P2、P3口送入不同的數(shù)字，就能在兩個(gè)數(shù)碼管上看到數(shù)值的顯示了。產(chǎn)品計(jì)數(shù)器的硬件原理圖算法分析對(duì)于數(shù)碼管而言，要顯示數(shù)字或字母，首先應(yīng)該選中該數(shù)碼管，然后點(diǎn)亮相應(yīng)字段。例如：顯示數(shù)字“3”，應(yīng)當(dāng)是a亮、b亮、c亮、d亮、e不亮、f不亮、g亮、Dp不亮?？梢粤谐鰯?shù)碼管顯示數(shù)字的段碼表（以兩位數(shù)碼管顯示的個(gè)位數(shù)為例）。產(chǎn)品計(jì)數(shù)器系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)段名稱DPGFEDCBA對(duì)應(yīng)段碼對(duì)應(yīng)引腳P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0數(shù)字011000000C0H數(shù)字111111001F9H數(shù)字210100100A4H數(shù)字310110000B0H數(shù)字41001100199H數(shù)字51001001092H數(shù)字61000001082H數(shù)字711111000F8H數(shù)字81000000080H數(shù)字91001000090H共陽(yáng)數(shù)碼管顯示數(shù)字的段碼表算法分析由于數(shù)碼管顯示的數(shù)字“0～9”的字型碼“C0H、F9H、A4H、B0H、99H、92H、82H、F8H、80H、90H”沒(méi)有規(guī)律可循，只能采用查表的方式來(lái)完成我們所需的要求。在程序設(shè)計(jì)中可以設(shè)計(jì)一個(gè)變量，每隔一定時(shí)間在“0～9”之間變化，然后按照這個(gè)數(shù)據(jù)去查找段碼表，把查到的數(shù)據(jù)送到P3口。

所謂表格（數(shù)組）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?yàn)槌绦蛞话愣际枪袒诔绦虼鎯?chǔ)器（通常是只讀存儲(chǔ)器ROM類型）中，因此可以說(shuō)表格（數(shù)組）是預(yù)先定義在程序的數(shù)據(jù)區(qū)中，然后和程序一起固化在ROM中的一串常數(shù)。在程序設(shè)計(jì)中，有時(shí)需要預(yù)先把非線性數(shù)據(jù)以表格的形式存放在存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)查表。產(chǎn)品計(jì)數(shù)器系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)繪制程序流程圖

（1）主程序流程圖繪制主程序主要完成數(shù)碼管靜態(tài)顯示（即循環(huán)查表）、延時(shí)功能函數(shù)調(diào)用以及鍵盤掃描與鍵位功能處理子程序等功能。數(shù)碼管靜態(tài)顯示子程序是在兩個(gè)1位數(shù)碼管上顯示計(jì)數(shù)值，其中一個(gè)數(shù)碼管作為個(gè)位數(shù)顯示，與單片機(jī)的P3口相連；另外一個(gè)數(shù)碼管作為十位數(shù)顯示，與單片機(jī)的P2口相連。顯示的時(shí)候?qū)€(gè)位和十位分離后通過(guò)循環(huán)查表的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示。鍵盤掃描與鍵位功能處理子程序是查詢判斷哪個(gè)功能鍵被按下，確認(rèn)某個(gè)鍵被按下后再轉(zhuǎn)到該鍵的功能處理程序。產(chǎn)品計(jì)數(shù)器系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)產(chǎn)品計(jì)數(shù)器系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主程序流程圖繪制程序流程圖

（2）定義段碼表（數(shù)組）使用一維數(shù)組存放需要使用的數(shù)碼管段碼值來(lái)實(shí)現(xiàn)需要查詢的數(shù)據(jù)表。因?yàn)橛玫?到9十個(gè)段碼值，所以要