《单片机技术》课件项目二 单片机手动计数器设计

一、学习目标1．掌握LED数码管结构。2．掌握数码管字形编码。3.掌握数码管静态显示。4．掌握数码管动态显示。二、学习任务本项目任务分解为具体3个学习任务：任务1独立按键识别检测任务2一位数码显示任务3两位数码显示任务4手动计数器实现三、任务分解任务一独立按键识别检测【任务描述】

单片机系统运行时,通常需要应用输入设备实现人工参与控制。键盘是由若干个按键组成的,是单片机最简单也是最常用的输入设备。操作人员通过键盘输入数据或命令,实现简单的人机对话。本任务要求设计1个独立按键,单按下改键时,对应的LED亮,再一次按下,LED熄灭,如此重复。【任务分析】

当按键被按下时,电平被拉成低电平,此电平作为作为单片机的输入,单片机接收到低电平时,认为产生了按键动作,执行相应的程序。【相关知识】一、按键识别当单片机检测到与按键相连的IO口被拉低就证明此按键被按下，那门我们将此功能上一个层次来说呢，按键就是一个人机接口。那么按键的操作并没有我们想象的“按下松开”那么简单，在实际应用中，手动操作需要消抖。按下并抬起按键的过程可以分为5个阶段：（5）有效释放阶段（4）释放抖动阶段（3）有效闭合阶段（2）闭合抖动阶段（1）等待阶段（4）释放抖动阶段（3）有效闭合阶段（4）释放抖动阶段常用的去抖动的方法--硬件方法和软件方法： （1）硬件去抖动的方法很多，也可以通过硬件防抖动来解决，这样成本会高一些。 （2）软件去抖动法，通常用延时程序去抖动。

延时读键法：在单片机获得端口为低电平的信息后，不是立即认定按键已被按下，而是延时10毫秒或更长的时间后再次检测该端口，如果仍为低，说明此键的确被按下了，这实际上是避开了按键按下时的抖动时间。如左上图所示，当电源很稳定，没有干扰的情况下，这种方法是可靠的。如右上图所示，当电源不稳定，存在很大干扰时，则有可能存在误判。

多次读键法：在单片机获得端口为低电平的信息后，在一段时间内如20毫秒，多次检测按键的状态，只有当每次读到的状态都是低电平时才认为有按键按下，如上图所示。用这种方法，不会存在误判的情况。有一点必须注意，多次检测持续的时间应该比闭合抖动的时间长。

本项目任务中，主要用软件方法去抖,即检测出键闭合后执行一个延时程序,产生10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给10ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。【任务实施】在proteus中绘制如图电路：任务2一位数码显示【任务描述】P2口驱动一位共阴数码管，如图所示，显示出一个数字‘5’。【任务分析】需要单片机驱动数码管，那么需要掌握数码管的硬件知识，数码管的驱动方法。【相关知识】一、LED数码管原理简述

单片机应用系统常用的是8段LED，如下图2-8所示，它有其阴极和共阳极两种。共阴极数码管是将所有发光二极管的阴极接在一起作为公共端COM，当公共端接低电平时，某一段阳极上的电平为“1”时，该段点亮，电平为“0”时，该段熄灭。共阴极数码管是将所有发光二极管的阴极接在一起作为公共端COM，当公共端接低电平时，某一段阳极上的电平为“1”时，该段点亮，电平为“0”时，该段熄灭。例：共阴极数码管显示数字“2”：17第七章单片机外部扩展资源及应用abcdefghGND＋－共阴极数码管abcdefgh11011010a段码：01011011(5BH)+5Vabcdefgh＋－共阳极数码管00100101段码：10100100(A4H)LED数码显示器的显示字符及码表18第七章单片机外部扩展资源及应用

数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。本任务介绍静态显示示驱动。静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O端口来驱动，要知道一个89C51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。这里给出了单片机实际中驱动数码管的电路，是加了三极管的。由于单片机I/O口驱动能力不够，不能直接将段选端接单片机I/O口，因此在电路中增加三级管用作驱动，以增加IO口的电流驱动能力。LED数码显示器的结构与原理1位LED数码显示器的引脚结构市售的LED数码管尺寸、颜色多样，常见1位LED数码管有10个引脚，排列如下：21第七章单片机外部扩展资源及应用其中3脚、8脚为公共端(位选端)，根据内部发光二极管的接线形式可分为共阴极(CommonCathode，CC)和共阳极(CommonAnode，CA)两种类型。LED数码显示器的结构与原理1位共阴LED数码显示器的接口电路22第七章单片机外部扩展资源及应用若直接用单片机I/O口驱动LED，则LED的电流由单片机I/O口提供，由于80C51单片机I/O口(P1、P2和P3口)输出场效应管的内部上拉电阻很大，约有几百K，因此输出电流很小，一般不超过1mA，基本无法驱动LED发光。LED数码显示器的结构与原理1位共阴LED数码显示器的接口电路23第七章单片机外部扩展资源及应用I/O口输出高电平时，LED发光，其电流由VCC提供，R为限流电阻，阻值一般为几百欧；I/O口输出低电平时，LED熄灭，R上通过的电流大于LED发光时的电流，且该电流流入单片机引脚。单片机允许向全部引脚灌入的最大总电流为有限的，一般为几十毫安，一旦单片机的I/O口通过上拉电阻驱动较多的LED(如数码管)，当单片机I/O口都输出低电平时，向引脚灌入的总电流可能超过上限值，导致单片机工作不稳定。LED数码显示器的结构与原理1位共阴LED数码显示器的接口电路24第七章单片机外部扩展资源及应用11三极管导通0LED灭LED数码显示器的结构与原理1位共阴LED数码显示器的接口电路25第七章单片机外部扩展资源及应用00三极管截止1LED亮这种接口电路在单片机输出低电平时，利用三极管的截止，防止电流灌入单片机I/O引脚。同时，也增强了对LED的驱动能力。【任务实施】在proteus按下图绘制电路。#include<reg51.h>voiddelay1s();//采用实现1秒延时子函数voidmain() //主函数

{while(1){P2=0x6d;//5的共阴极段码

delay1s();}}voiddelay1s(void){ unsignedcharh,i,j,k;for(h=5;h>0;h--)for(i=4;i>0;i--)for(j=116;j>0;j--)for(k=214;k>0;k--);}【进阶提高】使用AT89C51单片机，驱动一位数码管。如图，P1口驱动共阳数码管，让该数码管轮流显示‘H’、‘E’、‘L’、‘L’、‘O’。#include<reg51.h>voiddelay1s(unsignedintms);//采用定时器1实现1秒延时子函数voiddisp1();//顺序显示字符‘H’、‘E’、‘L’、‘L’、‘O’一次的子函数voidmain() //主函数{while(1){disp1();}}//函数名：disp1//函数功能：顺序显示字符‘H’、‘E’、‘L’、‘L’、‘O’一次//形式参数：无//返回值：无voiddisp1(){unsignedcharled[]={0x89,0x86,0xc7,0xc7,0xc0};//定义数组led存放字符‘H’、‘E’、‘L’、‘L’、‘O’的字型码unsignedchari;for(i=0;i<5;i++){P1=led[i];//字型显示码送段控制口P1delay1s(1000); //延时1秒}}voiddelay1s(unsignedintms)//若ms=1,延时时间就为1ms{unsignedinta,b;for(a=ms;a>0;a--)for(b=123;b>0;b--);}

任务36位数码显示【任务描述】用单片机驱动数码管动态显示方法，在数码管上同时显示出1~6。【任务分析】

动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。

下面借用下，前面数字电路BCD数码管显示原理。4位数码管共用一个译码器。当CP脉冲的频率f=1HZ时，在CP脉冲的控制下，4位数码管将逐个轮流分时显示。但是，当CP脉冲的频率f=100HZ时，则每个数码管依次一次显示1/25S，由于人眼的滞留特性，实际的视觉效果是4个数码管同时显示4个数据。显示原理f=1HZf=100HZ（人眼的滞留特性）显示原理工作原理①4位数码管共用一个7448BCD译码器。②74139为两输入4输出译码器。③74139的输出信号Y0、Y1、Y2、Y3，分别作为4位数码管的位线。工作原理下面通过单片机驱动两位数码管进一步说明：某系统用单片机的I/O口控制两个共阴极接法的LED显示器。试编写应用程序使得在LED显示器上显示“HP”两个字符。#include"reg51.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoiddelayms(uintt)//延时程序{uinti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<120;j++);}main(){while(1) { P0=0x89;//H的段码

P2=0x01;//第一个数码管显示

delayms(10);P2=0X00;//清消隐

P0=0x8c;//P的段码

P2=0x02;//第二个数码管显示

delayms(10);P2=0x00;//清消隐

}}【任务实施】74LS245是什么器件？它是8路同相三态双向总线收发器或驱动器当片选端/CE=0,AB/BA=“1”，信号由A向B传输

程序代码：#include<reg51.h>#defineuintunsignedintvoiddelayms(unsignedintxms){ uinti,j; for(i=xms;i>0;i--) for(j=120;j>0;j--);}voiddisp2(){unsignedcharled[]={0xf9,0Xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82};//设置数字“123456”的字unsignedchari,w;w=0x01; //位选码初值为01Hfor(i=0;i<6;i++){P2=~w;//位选码取反后送位控制口P2口

w<<=1; //位选码左移一位，选中下一位LEDP1=led[i];//显示字型码送P1口

delayms(9); //延时10ms P1=0XFF;//必须加这句，清消隐

}}main() //主函数{while(1){disp2();}}【进阶提高】使用移位函数实现6位数码管的动态显示。单片机驱动8位数码管显示电路对应的程序代码如下：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar//宏定义uchar替换unsignedchar型ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,//定义0,1,2……9,a,b,c,d,e,f字符编码数组0x82,0xd8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};voiddelay(intz);//延时函数声明

voidmain(){inti;P2=0xfe;//开段选，打开第一位数码管

while(1)//进入大循环，开始动态扫描

{for(i=0;i<8;i++)//依次扫描8位数码管

{P1=table[i+1];//给段选端P0送字型码

delay(5000);P2=_crol_(P2,1);//循环右移

}}}/*定义延时函数*/voiddelay(intz){intx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=50;y>0;y--);}任务四手动计数器实现【任务描述】单片机P3.2引脚接一按键，最开始显示全0，按下一次按键加1，把加的和用8位数码管显示出来。【任务分析】按键按下后，执行加1操作，把该和送数码管显示之前，分离出个位、十位、百位......等。假若这个和是n,可以用下面代码分离出个位、十位、百位。

i=n/100;/*分解出百位*/；

j=n/10%10;/*分解出十位*/；

k=n%10;/*分解出个位*/。【相关知识】状态机是软件编程中的一个重要概念。比这个概念更重要的是对它的灵活应用。在一个思路清晰而且高效的程序中，必然有状态机的身影浮现。比如说一个按键命令解析程序，就可以被看做状态机：本来在A状态下，触发一个按键后切换到了B状态；再触发另一个键后切换到C状态，或者返回到A状态。这就是最简单的按键状态机例子。实际的按键解析程序会比这更复杂些，但这不影响我们对状态机的认识。1.状态机的要素状态机可归纳为4个要素，即现态、条件、动作、次态。这样的归纳，主要是出于对状态机的内在因果关系的考虑。“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。详解如下：(1)现态：是指当前所处的状态。(2)条件：又称为“事件”。当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。(3)动作：条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。(4)次态：条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了。如果我们进一步归纳，把“现态”和“次态”统一起来，而把“动作”忽略（降格处理），则只剩下两个最关键的要素，即：状态、迁移条件。【任务实施】手动计数器任务对应的程序代码如下：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitkeyport=P3^2;#definekeystate00 //按键第一次按下状态#definekeystate11 //按键按下确认状态#definekeystate22charkeystate=2; //按键状态初始化为按键无动作状态uintnum1=0,num2=0;ucharweixuan[8]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};//位选代码uchartemp[8]=0; //从高位到低位对应数码管从左到右voiddelayms(uintx) //1ms{ uinty,z; for(y=x;y>0;y--) for(z=111;z>0;z--);}ucharcodetable[]={ //共阳数码管0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};voidsmg(){uchari;for(i=0;i<8;i++){P2=weixuan[i];P1=table[temp[i]];delayms(1);P2=0xff;}}voidproc()//分离出万位、千位、百位、十位以及个位等待显示{ temp[0]=num1%10; temp[1]=num1%100/10; temp[2]=num1%1000/100; temp[3]=num1/1000; temp[4]=num2%10; temp[5]=num2%100/10; temp[6]=num2%1000/100; temp[7]=num2/1000;}charkeyscan(){ switch(keystate) { casekeystate0: //keystate0，第一次检测到按键按下状态，下一状态为keystate1(按键按下确认状态) keystate=keystate1; return0; casekeystate1: //keystate1,按键按下确认状态，下一状态为keystate2(按键无动作状态)if(!keyport)

{ keystate=keystate2; while(!keyport); return1; } else keystate=keystate2; return0; casekeystate2: //keystate2，按键无动作状态，下一状态为keystate0(第一次检测到按键按下状态)if(!keyport) { keystate=keystate0; } else keystate=keystate2; return0; }}voidmain(){while(1) { if(keyscan())

{ num1++; if(num1>=10000) { num1=0; num2++; if(num2>=10000) { num2=0; } } proc(); } smg();

}}【进阶提高】单片机P3.2引脚接一按键，功能为加1按键，点一下加1；单片机P3.3引脚接一按键，功能为减一按键，点一下减1，在前面任务基础上，请用状态机编程的方法实现点加1按键实现加1，点减1按钮实现减1。

状态机实现手动计数器电路对应的程序代码如下：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineKEYP3#definekeystate00 //按键无动作状态 #definekeystate11 //按键按下状态 #definekeystate22 //按键释放状态charucKeyStatus=0; //按键状态初始化为按键无动作状态unsignedcharkeyvalue;uintnum1=0,num2=0;ucharweixuan[8]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};uchartemp[8]=0; //从高位到低位对应数码管从左到右voiddelayms(uintx) //1ms{ uinty,z; for(y=x;y>0;y--) for(z=111;z>0;z--);}ucharcodetable[]={ //共阳数码管0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};voidsmg(){uchari;for(i=0;i<8;i++){P2=weixuan[i]; //位选

P1=table[temp[i]]; //送段码

delayms(1);P2=0xff;//消隐

}}voidproc()//待显示数据的分离{ temp[0]=num1%10; temp[1]=num1%100/10; temp[2]=num1%1000/100; temp[3]=num1/1000; temp[4]=num2%10;temp[5]=num2%100/10; temp[6]=num2%1000/100; temp[7]=num2/1000;}ucharkeyscan() //按键扫描程序{switch(ucKeyStatus)//