《基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)應(yīng)用教程》課件第8章

任務(wù)8數(shù)碼秒表的設(shè)計(jì)8.1任務(wù)內(nèi)容與分析

8.2任務(wù)實(shí)施8.3任務(wù)相關(guān)知識(shí)

8.1任務(wù)內(nèi)容與分析

1.任務(wù)內(nèi)容

任務(wù)8以數(shù)碼秒表為例，介紹利用單片機(jī)控制數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)移動(dòng)掃描顯示，以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷技術(shù)的進(jìn)一步綜合應(yīng)用。

2.任務(wù)分析

用兩個(gè)數(shù)碼管分別顯示秒表的十位和個(gè)位，顯示時(shí)間為0～59s。滿60s時(shí)，秒表自動(dòng)清零并重新從0開始顯示。采用共陰極數(shù)碼管。圖8-1為數(shù)碼秒表電路原理圖。在任務(wù)7中我們知道了8051定時(shí)器/計(jì)數(shù)器最大可計(jì)數(shù)到65?536。若系統(tǒng)時(shí)鐘頻率是12MHz，則最大定時(shí)時(shí)間為65.536ms；若系統(tǒng)時(shí)鐘頻率是6MHz，則最大定時(shí)時(shí)間為

65.536ms×2?=?131.072ms。那怎么能實(shí)現(xiàn)1s呢？我們可以用定時(shí)器定時(shí)50ms，這樣中斷一次即為50ms，然后用軟件(存儲(chǔ)單元)累計(jì)中斷次數(shù)，當(dāng)中斷滿20次時(shí)，即可計(jì)滿

1s(50ms×20=10000ms=1s)。圖8-1數(shù)碼秒表電路原理圖再用另一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)秒，每計(jì)滿1s，將該單元的值加1，計(jì)滿60時(shí)清0。將該秒單元拆分成個(gè)位數(shù)和十位數(shù)，然后分別用兩只數(shù)碼管分別顯示個(gè)位數(shù)和十位數(shù)。數(shù)碼秒表的基本設(shè)計(jì)思路就是這樣。

8.2任務(wù)實(shí)施

下面一起實(shí)現(xiàn)數(shù)碼秒表，在這重點(diǎn)學(xué)習(xí)單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器較長(zhǎng)時(shí)間的定時(shí)設(shè)計(jì)。

步驟1：硬件電路如圖8-1所示。

步驟2：繪制程序流程圖。程序設(shè)計(jì)思路：在設(shè)計(jì)較復(fù)雜的程序時(shí)，首先根據(jù)設(shè)計(jì)的總體要求劃分出各功能程序模塊，分別確定主程序、子程序及中斷服務(wù)程序結(jié)構(gòu)；其次，對(duì)各程序模塊占用的單片機(jī)資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，對(duì)各模塊間的邏輯關(guān)系進(jìn)行細(xì)化，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出各模塊程序結(jié)構(gòu)流程圖；最后依據(jù)流程圖編制具體程序。任務(wù)8程序劃分為主程序、秒計(jì)時(shí)程序兩大模塊，其中主程序除完成初始化外主要由動(dòng)態(tài)顯示程序構(gòu)成，秒計(jì)時(shí)由定時(shí)器中斷服務(wù)子程序構(gòu)成。

為便于對(duì)占用資源的總體調(diào)配，現(xiàn)列出秒表程序所占用單片機(jī)存儲(chǔ)資源分配列表，如表8-1所示。

1?s的定時(shí)采用定時(shí)器T0方式1來(lái)實(shí)現(xiàn)，每50ms中斷一次，每中斷一次計(jì)數(shù)單元40Ｈ內(nèi)容加1，若計(jì)滿20次，秒計(jì)數(shù)單元41H內(nèi)容加1。41H單元中的數(shù)據(jù)采用壓縮BCD碼按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，將該單元中的數(shù)據(jù)拆成個(gè)位和十位兩個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù)后分別送至顯示緩沖區(qū)的30H和31H單元。這樣兩位LED數(shù)碼管顯示的時(shí)間就由顯示緩沖區(qū)31H、30Ｈ單元中的數(shù)據(jù)決定，動(dòng)態(tài)顯示每位的持續(xù)時(shí)間為1ms，采用1ms軟件延時(shí)。

根據(jù)程序設(shè)計(jì)思路繪制程序流程圖，如圖8-2所示。圖8-2數(shù)碼秒表程序設(shè)計(jì)流程圖步驟3：根據(jù)流程圖編制源程序。具體如下：

//*************數(shù)碼秒表程序******************//

;程序名：數(shù)碼秒表程序SECWATCH.A

;程序功能：簡(jiǎn)易秒表

MSECEQU40H

SECEQU41H

ORG0000H

AJMPSTART

ORG000BH

AJMPCONT;轉(zhuǎn)秒表計(jì)時(shí)定時(shí)器中斷服務(wù)程序

ORG0030H

START: MOVTMOD,#01H

;?T0方式1定時(shí)

MOVTH0,#3CH

;裝T0計(jì)數(shù)初值

MOVTL0,#0B0H

MOVMSEC,#14H

;?50ms計(jì)數(shù)單元初值

MOVSEC,#00H

;秒計(jì)數(shù)單元初值

MOVSP,#3FH

;堆棧指針初值

MOV30H,#00H

;顯示緩沖單元清零

MOV31H,#00H

SETBET0

;開中斷

SETBEA

SETBTR0

;開定時(shí)器T0

AGIN: LCALLDISP;調(diào)用顯示子程序

AJMPAGIN

;**********顯示子程序********

DISP: MOVR2,#02H ;?LED顯示位數(shù)送R2

MOVR4,#02H ;從最右端LED開始顯示

MOVR0,#30H

;顯示緩沖區(qū)首地址送R0

MOVA,@R0 ;秒顯示內(nèi)容送A

MOVDPTR,#TAB ;字型表首地址

DISP1: MOVCA,@A+DPTR

;查表取字型碼

MOVP0,A

;字型碼送P0口

MOVA,R4

;取位選控制字

MOVP2,A

;送P2口

ACALLDELAY_1MS

;延時(shí)1ms

RRA

;位選移位

MOVR4,A

;保存位選控制字

INCR0

;取下一位緩沖區(qū)顯示數(shù)據(jù)

MOVA,@R0

DJNZR2,DISP1;位掃描次數(shù)判斷

RET

TAB: DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH;

“0～9”共陰極字型碼

DB7DH,07H,7FH,6FH

;**********定時(shí)器T0中斷服務(wù)子程序CONT*********

;入口參數(shù)：秒計(jì)數(shù)單元SEC

;出口參數(shù)：秒單元SEC，顯示緩沖區(qū)30H、31H

CONT: PUSHACC

;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

MOVTH0,#3CH

;重裝初始值

MOVTL0,#0B0H

DJNZMSEC,EXIT

;判斷1秒到否

MOVMSEC,#!4H;到1秒，重置50ms計(jì)數(shù)初值

INCSEC

;秒單元計(jì)數(shù)值加1

CJNESEC,#60,CHAIFEN ;判斷60s到否

MOVSEC,#00H

;秒計(jì)數(shù)單元清0

CHAIFEN:MOVA,SEC

;秒計(jì)數(shù)單元內(nèi)容拆分

MOVB,#10

DIVAB

MOV31H,A

;十位送顯示緩沖區(qū)31H

MOV32H,B;個(gè)位送顯示緩沖區(qū)30H

EXIT: POPACC;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

RETI

;*********1ms延時(shí)子程序***************

DELAY_1MS：MOVR7,#02H;延時(shí)1ms子程序

DL1: MOVR6,#0FFH

DL2: DJNZR6,DL2

DJNZR7,DL1

RET

END

8.3任務(wù)相關(guān)知識(shí)

8.3.1LED數(shù)碼管

七段LED數(shù)碼管(下面簡(jiǎn)稱為數(shù)碼管)是由8個(gè)發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)筆畫或一個(gè)點(diǎn)就發(fā)光，可用于顯示數(shù)字0～9和部分簡(jiǎn)單字符。數(shù)碼管引腳和顯示的0～9數(shù)字如圖8-3所示。圖8-3數(shù)碼管引腳和顯示的0～9數(shù)字?jǐn)?shù)碼管從結(jié)構(gòu)上可分為“共陽(yáng)極”和“共陰極”兩種。

(1)共陽(yáng)極數(shù)碼管：是將8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，作為公共控制端(com)，如圖8-4(a)所示。要想點(diǎn)亮共陽(yáng)極數(shù)碼管，公共端需接高電平。當(dāng)某段控制端為低電平時(shí)，該段對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通并點(diǎn)亮。

(2)共陰極數(shù)碼管：是將8個(gè)發(fā)光二極管的陰極連接在一起，作為公共控制端(com)，如圖8-4(b)所示。要想點(diǎn)亮共陰極數(shù)碼管，公共端需接低電平，當(dāng)a～dp段控制端為高電平時(shí)，該端對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管導(dǎo)通并點(diǎn)亮，這樣通過(guò)點(diǎn)亮不同的段，可顯示出各種數(shù)字或字符。如顯示數(shù)字1時(shí)，從圖8-3可以看出，“1”是由b、c段構(gòu)成，即只要b、c兩端接低電平，其他各端接高電平即可。圖8-4數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

【例8-1】用89S51控制一只數(shù)碼管顯示數(shù)字“1”。

解選用共陰極數(shù)碼管，因?yàn)橹挥幸恢粩?shù)碼管，所以可將該管com端接地，P1口控制段端，電路如圖8-5所示。圖8-5單片機(jī)控制一只數(shù)碼管電路問(wèn)題：若將01H送至單片機(jī)的P1口，數(shù)碼管上會(huì)顯示“1”嗎？

答：不會(huì)，因?yàn)殡娐分袉纹瑱C(jī)P1口的P1.0，P1.1，…，P1.6，P1.7依次與共陰極數(shù)碼管的a，b，…，f，dp端相連接，com端接地。如果要顯示數(shù)字“1”，則數(shù)碼管的b、c段點(diǎn)亮，其他段熄滅，需向P1口傳送數(shù)據(jù)00000110B(06H)，該數(shù)據(jù)就是與字符“1”相對(duì)應(yīng)的顯示字型編碼，見表8-2。依此類推，可以推出共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管顯示0～9字符的字型編碼，如表8-3所示。有興趣的話，還可以推算出“A、B、C、D、E、F、H、L、P、R、U、Y、-、.”等字符。根據(jù)表8-2，查得“1”的編碼為06H，例8-1的程序可以這樣編寫：

ORG0000H

AJMPMAIN ;跳轉(zhuǎn)到主程序

ORG0030H

MAIN: MOVP1,#06H ;將“1”的段碼送給P1口

AJMPMAIN

END8.3.2ROM查表指令

1.以DPTR內(nèi)容為基址

MOVCA,@A+DPTR ;A←((A)+(DPTR))

該指令先將基址(DPTR)和變址(A)求和，獲得的16位和作為程序存儲(chǔ)器的地址，然后將該地址單元的內(nèi)容傳送到累加器A中。

【例8-2】已知(3055H)=66H，查表指令及其執(zhí)行示意過(guò)程如圖8-6所示。圖8-6例8-2查表指令及其執(zhí)行示意過(guò)程

2.以PC內(nèi)容為基址

MOVCA,@A+PC ;A←((A)+(PC))

該指令為單字節(jié)指令，執(zhí)行該指令時(shí)PC的內(nèi)容增1，以增1后的當(dāng)前值去執(zhí)行16位無(wú)符號(hào)數(shù)加法，將獲得的基址與變址之和作為16位的程序存儲(chǔ)器地址，然后傳送該地址的內(nèi)容到累加器A中。8.3.3數(shù)碼管靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示

1.靜態(tài)顯示

靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管的段選必須接一個(gè)8位數(shù)據(jù)線來(lái)保持顯示的字形碼。當(dāng)送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是占用CPU時(shí)間少，顯示時(shí)便于監(jiān)測(cè)和控制。缺點(diǎn)是硬件電路較復(fù)雜，成本較高。例8-3中數(shù)碼管采用的就是靜態(tài)顯示方式。

【例8-3】手動(dòng)00～99計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。

解在AT89S51單片機(jī)的P3.4引腳接一個(gè)輕觸開關(guān)，作為手動(dòng)計(jì)數(shù)的按鈕，用單片機(jī)的P2.0～P2.7接一個(gè)共陰極數(shù)碼管，作為00～99計(jì)數(shù)的個(gè)位數(shù)顯示，用單片機(jī)的P0.0～P0.7接一個(gè)共陰極數(shù)碼管，作為00～99計(jì)數(shù)的十位數(shù)顯示。硬件電路圖如圖8-7所示。圖8-7手動(dòng)00～99計(jì)數(shù)器硬件電路圖程序設(shè)計(jì)思路：

(1)單片機(jī)對(duì)按鍵識(shí)別的過(guò)程處理。

(2)單片機(jī)對(duì)正確識(shí)別的按鍵進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)滿時(shí)又從零開始計(jì)數(shù)。

(3)單片機(jī)對(duì)計(jì)得的數(shù)值要進(jìn)行數(shù)碼顯示。若計(jì)得的數(shù)是十進(jìn)制數(shù)，含有十位和個(gè)位，我們要把十位和個(gè)位拆開，分別送出相應(yīng)的十位和個(gè)位數(shù)值到對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管上顯示。如何拆開十位和個(gè)位？我們可以把所計(jì)得的數(shù)值對(duì)10求余，即可得個(gè)位數(shù)字，對(duì)10整除，即可得到十位數(shù)字。

(4)通過(guò)查表方式，分別顯示出個(gè)位和十位數(shù)字。

程序流程如圖8-8所示。圖8-8手動(dòng)00～99計(jì)數(shù)器程序流程圖編寫源程序：根據(jù)程序流程圖，編寫的源程序具體如下：

;*************手動(dòng)00～99計(jì)數(shù)器*************

;程序名：手動(dòng)00～99計(jì)數(shù)器SCOUNT.A

;程序功能：手動(dòng)實(shí)現(xiàn)00～99的計(jì)數(shù)

CountEQU30H ;定義計(jì)數(shù)單元

SP1 BITP3.4 ;定義按鍵

ORG0000H

AJMPSTART

ORG0030H

START: MOVCount,#00H ;計(jì)數(shù)單元清0

ACALLDISPLAY ;數(shù)碼顯示“00”

WAIT1: JBSP1,WAIT1

ACALLDELAY_10MS

WAIT2: JBSP1,WAIT2

INCCount

MOVA,Count

CJNEA,#100,NEXT

LJMPSTART

NEXT: ACALLDISPLAY

AJMPWAIT1

;**********顯示子程序***********

DISPLAY:MOVA,Count

MOVB,#10

DIVAB

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR MOVP0,A ;送個(gè)位數(shù)顯示

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,A ;送十位數(shù)顯示

RET

;******10ms延時(shí)子程序*****************

DELAY_10MS: MOVR6,#20

D1: MOVR7,#248

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

RET

TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH

;“0～9”共陰極字型碼

DB7DH,07H,7FH,6FH

END

2.動(dòng)態(tài)顯示

動(dòng)態(tài)顯示就是一種按位輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管的顯示方式，即在某一時(shí)段，只讓其中一位數(shù)碼管“位選通”有效，并送出相應(yīng)的字型顯示編碼。此時(shí)，其他位的數(shù)碼管因“位選通”無(wú)效而都處于熄滅狀態(tài)，下一時(shí)段按順序選通另外一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的字型顯示編碼，依此規(guī)律循環(huán)下去，即可使各位數(shù)碼管分別間斷地顯示出相應(yīng)的字符。動(dòng)態(tài)顯示也稱掃描顯示方式。雖然在同一時(shí)刻只有一位顯示器在點(diǎn)亮，但由于人眼的“視覺駐留效應(yīng)”和LED熄滅時(shí)的余輝，只要能保證每位數(shù)碼管顯示間斷的時(shí)間間隔小于眼睛的駐留時(shí)間，就可以給人一種連續(xù)顯示的視覺效果。

動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。

【例8-4】用單片機(jī)控制6個(gè)LED數(shù)碼管固定顯示“012345”。

解(1)電路設(shè)計(jì)與制作。若采用靜態(tài)顯示方式控制6個(gè)LED數(shù)碼管，則需要單片機(jī)提供6個(gè)8位并行I/O口，并對(duì)單片機(jī)I/O進(jìn)行擴(kuò)展，這將大大增加硬件電路的復(fù)雜性和硬件成本。鑒于此，采用圖8-9所示的動(dòng)態(tài)顯示電路連接方式。將各位共陰極數(shù)碼管相應(yīng)的段選控制端并聯(lián)在一起，僅用一個(gè)P1口控制，用六同相驅(qū)動(dòng)器74LS07驅(qū)動(dòng)；將各位數(shù)碼管的公共端(也稱做“位選端”)由P2口控制，用六反相驅(qū)動(dòng)器74LS04驅(qū)動(dòng)。圖8-9六位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路

(2)編寫在6個(gè)LED數(shù)碼管上固定顯示“012345”6個(gè)數(shù)字的軟件流程。

為了在6個(gè)數(shù)碼管上同時(shí)顯示“012345”6個(gè)數(shù)字，可在內(nèi)部RAM中開辟一個(gè)顯示緩沖區(qū)，依次存放所要顯示的數(shù)據(jù)。例如：將“012345”6個(gè)數(shù)字預(yù)先分別存放到內(nèi)部RAM的30H～35H單元中，存放格式如下：

單元地址：30H31H32H33H34H35H

單元內(nèi)容：00H01H02H03H04H05H

流程圖如圖8-10所示。圖8-10在6個(gè)數(shù)碼管上穩(wěn)定顯示“012345”的動(dòng)態(tài)顯示流程圖

(3)編寫在6個(gè)數(shù)碼管上固定顯示“012345”6個(gè)數(shù)字的

程序。

//********多位數(shù)碼管顯示程序****************

;程序名：MULTILED.A

;程序功能：在6個(gè)數(shù)碼管上穩(wěn)定顯示“012345”

;要顯示的數(shù)據(jù)0～5存放在內(nèi)部RAM的30H～32H單元中

ORG0000H

AJMPSTART

ORG0030H

START: MOVR0,#30H;顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址送R0

MOVR3,#01H;確定顯示位碼初值，使最

右邊位點(diǎn)亮

MOVDPTR,#TAB;?DPTR指向字型碼表首

地址

LOOP: MOVA,@R0 ;取欲顯示的數(shù)據(jù)

MOVCA,@A+DPTR;查表取出字型碼

MOVP1,A ;送顯示字型碼

ACALLDELAY_1MS;延時(shí)1ms

MOVA,R3

JBACC.5,ELD1;判斷是否掃描到第六個(gè)數(shù)碼管

RLA;未到，掃描碼左移1位

MOVR3,A;保存掃描碼

INCR0;指向下1個(gè)顯示段數(shù)據(jù)地址

AJMPLOOP

ELD1：AJMPSTART;循環(huán)，固定顯示

DELAY_1MS： MOVR7,#02H;延時(shí)1ms子程序

DL1: MOVR6,#0FFH

DL2: DJNZR6,DL2

DJNZR7,DL1

RET

TAB: DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH;

“0～9”共陰極字型碼

DB7DH,07H,7FH,6FH

END

【例8-5】在圖8-9所示硬件電路基礎(chǔ)上控制6個(gè)LED數(shù)碼管移動(dòng)顯示字符HELLO。

解在6個(gè)數(shù)碼管上移動(dòng)顯示“HELLO”字樣，顯示過(guò)程如圖8-11所示。只要能依次顯示出6屏不同的內(nèi)容，就可以達(dá)到移動(dòng)顯示的效果。圖8-11字符HELLO移動(dòng)顯示過(guò)程每屏顯示數(shù)據(jù)之間都對(duì)應(yīng)一定的排列順序，將所有在顯示屏上將要出現(xiàn)的顯示字符按順序排列為如下格式：

×××××HELLO× ;×表示無(wú)顯示

可見，第1屏顯示的前六位數(shù)據(jù)為“×××××H”，第2屏顯示的六位數(shù)據(jù)為“××××HE”，依次類推，第6屏顯示數(shù)據(jù)為“HELLO×”。根據(jù)例8-1，可以推出HELLO的字型編碼，見表8-4。如果把與以上11個(gè)顯示數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的顯示字型編碼，按表8-4的排列順序存放在存儲(chǔ)器中，并設(shè)顯示單元首地址為L(zhǎng)ED，定義表格如下：

LED:DB00H,00H,00H,00H,00H,76H,79H

DB38H,38H,3FH,00H每一屏顯示6個(gè)字符，那么第1屏顯示字型編碼的首地址設(shè)置為L(zhǎng)ED，第2屏顯示碼的首地址為L(zhǎng)ED+1，第3屏顯示碼的首地址為L(zhǎng)ED+2，依次類推，可以得到第i屏顯示碼的首地址為L(zhǎng)ED+i－1。

根據(jù)以上分析，編寫程序流程如圖8-12所示。圖8-12例8-5程序流程圖根據(jù)流程圖，編寫出如下程序：

//*********6位數(shù)碼管移動(dòng)顯示程序*************

;程序名：MOVELED.A

;程序功能：在6個(gè)數(shù)碼管上移動(dòng)顯示“HELLO”

;入口參數(shù)：要顯示的數(shù)據(jù)0～5存放在內(nèi)部RAM的30H～32H單元中

ORG0000H

AJMPSTART

ORG0030H

START:MOVR4,#06H ;顯示屏數(shù)

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