單片機(jī)與控制實(shí)驗(yàn)（1）——數(shù)碼管顯示

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?br/>

　　初步學(xué)習(xí)和掌握MCS-51的體系結(jié)構(gòu)和匯編語言，了解Keil編程環(huán)境和程序下載工具的使用方法。了解數(shù)碼管輸出的原理及編程方式。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

　　單片機(jī)測(cè)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　STC-ISP程序下載工具

　　Keil開發(fā)環(huán)境

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

　　使用MCS-51匯編語言編寫程序，完成如下功能：

　　1. 使用三個(gè)數(shù)碼管顯示十進(jìn)制數(shù)值（001~999，可任意設(shè)置）；

　　2. 每隔1秒，該數(shù)值自動(dòng)減一，直到歸零;

　　3. 歸零后的下一秒，顯示一個(gè)新的十進(jìn)制數(shù)值（001~999，可任意設(shè)置）；

　　4. 每隔1秒，新數(shù)值繼續(xù)自動(dòng)減一，直到再次歸零；

　　5. 重新執(zhí)行步驟1，循環(huán)往復(fù)。

　　6. 當(dāng)開關(guān)S1按下時(shí)，暫停計(jì)數(shù)；S1松開時(shí)，恢復(fù)計(jì)數(shù)。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1. 預(yù)習(xí)

　　參考輔助材料，學(xué)習(xí)8031匯編語言以及實(shí)驗(yàn)原理。閱讀七段數(shù)碼顯示器的電路圖，重點(diǎn)理解右邊的LED顯示部分。

2. 簡(jiǎn)單程序錄入和調(diào)試

　　MCS51單片機(jī)匯編語言的基本格式比較簡(jiǎn)單，程序中可以使用通用寄存器或者內(nèi)存單元進(jìn)行計(jì)算。另外，單片機(jī)的程序沒有退出到操作系統(tǒng)的概念，一般都是死循環(huán)程序。

　　一個(gè)簡(jiǎn)單程序舉例如下：　　

ORG 0000H ;復(fù)位起始地址
LJMP START ;中間地址保留給中斷向量表
ORG 0040H ;程序?qū)嶋H起始地址
START: ; 實(shí)際程序
MOV 40H, #0H

NEXT:

MOV A, 40H
INC A
MOV P0, A ;板上的P0口連接到8個(gè)LED，可以監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)
MOV 40H, A
MOV R6, #0FFH
L2:MOV R7, #0FFH
L1:DJNZ R7, L1
DJNZ R2, L2 ;延遲一段時(shí)間
LJMP NEXT
END

　　參考Keil使用指南，創(chuàng)建工程，設(shè)置工程參數(shù)，添加ASM文件，并錄入上面的簡(jiǎn)單程序。確保無編譯和鏈接錯(cuò)誤。

3. 程序調(diào)試　

　　使用Keil環(huán)境可以進(jìn)行仿真調(diào)試。進(jìn)入“調(diào)試”菜單，開始調(diào)試，可以單步運(yùn)行，或者先設(shè)置斷點(diǎn)然后連續(xù)運(yùn)行；可以在調(diào)試過程中觀察各個(gè)寄存器的值。還可以在sys區(qū)域觀察到當(dāng)前程序執(zhí)行的時(shí)間。

4. 編寫程序，完成功能

A、顯示

　　本開發(fā)平臺(tái)有3個(gè)數(shù)碼管，使用串行方式連接在一起，具體電路參見實(shí)驗(yàn)原理。要想輸出一個(gè)字形碼，就需要從高位到低位依次向移位寄存器輸出8個(gè)比特。移位寄存器的數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線分別接到單片機(jī)的P4.5和P4.4管腳，可以使用MCS-51里面的位操作指令進(jìn)行輸出。連續(xù)輸出3個(gè)字形，24個(gè)bit之后，欲顯示的字形將穩(wěn)定地顯示在數(shù)碼管上，程序可以轉(zhuǎn)而執(zhí)行其他工作。

　　七段字形的編碼方式需要通過實(shí)驗(yàn)獲得。這些編碼作為程序中的常數(shù)，使用DB命令存放。在程序中，需要將數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的字形編碼，可以使用MOVC指令來完成。

B、時(shí)間

　　本實(shí)驗(yàn)要求的按時(shí)間顯示數(shù)值，直接通過軟件延時(shí)來實(shí)現(xiàn)，也就是若干次空循環(huán)來完成，不需要使用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器等硬件資源。由于在后面的實(shí)驗(yàn)中也要使用軟件的延時(shí)子程序，因此這里預(yù)先做準(zhǔn)備。
　　本單片機(jī)使用12MHz主頻的晶振，結(jié)合MCS51的體系結(jié)構(gòu)和指令時(shí)序，可以計(jì)算每條指令的運(yùn)行時(shí)間，也可以通過Keil環(huán)境的調(diào)試功能來檢查程序片段的執(zhí)行時(shí)間。當(dāng)然，最后可以通過程序執(zhí)行的總體運(yùn)行結(jié)果來調(diào)整時(shí)間。希望同學(xué)能夠通過這個(gè)過程，得出一段能夠精確到1ms的子程序，重復(fù)調(diào)用1000次，從而達(dá)到定時(shí)1s的效果。從而完成實(shí)驗(yàn)要求2。

C、開關(guān)

　　在本實(shí)驗(yàn)板上設(shè)置了兩個(gè)開關(guān)S1和S2，分布接入到8031的P3.6和P3.7，開關(guān)按下時(shí)，輸入0，松開時(shí)，輸入1。利用這個(gè)開關(guān)完成實(shí)驗(yàn)要求3。

　　五、實(shí)驗(yàn)原理

　　本實(shí)驗(yàn)采用3個(gè)74HC164級(jí)聯(lián)控制三個(gè)數(shù)碼管的顯示，具體實(shí)驗(yàn)原理如下圖所示。其中使用單片機(jī)P4.5作為模擬串口數(shù)據(jù)，使用P4.4模擬串口時(shí)鐘，CLR端接高電平。使用上一個(gè)74HC164的Q7作為下一個(gè)74HC164的輸入端。

　　P4 EQU 0C0H
　　MOV P4.4, C
　　SETB P4.4

　　74HC164是高速CMOS 器件。74HC164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（A或B）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。

　　時(shí)鐘 (CLK) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（A和B）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長(zhǎng)度。

　　主復(fù)位(CLR)輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。

六、實(shí)驗(yàn)代碼

ORG 0000H
LJMP START
ORG 0050H

START:

;初始化
P4 EQU 0C0H ;申明P4地址
P4SW EQU 0BBH ;申明P4SW地址
CLK EQU P4.4
DAT EQU P4.5
KEY EQU P3.6
MOV DPTR,#TAB
MOV P4SW,#70H ;STC單片機(jī)P4.4、P4.5、P4.6有第二功能定義，
;通過P4SW寄存器設(shè)置這三口的工作方式，當(dāng)為1時(shí)，是通用I/O
;此處設(shè)置P4.4、P4.5、P4.6為通用I/O

AGAIN: ;死循環(huán)

;顯示設(shè)置
MOV R6,#3 ;個(gè)位設(shè)置
MOV R5,#4 ;十位設(shè)置
MOV R4,#5 ;百位設(shè)置

LOOP:

;顯示各位
MOV A,R6
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
LCALL DISPLAY ;調(diào)用顯示函數(shù)

MOV A,R5
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
LCALL DISPLAY

MOV A,R4
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
LCALL DISPALY

LCALL DELAY ;調(diào)用延遲函數(shù)

;按下key時(shí)的暫停操作
PAUSE:NOP
JNB KEY,PAUSE

;數(shù)字調(diào)整，減一操作
;個(gè)位調(diào)整
DEC R6 ;每次計(jì)數(shù)減一
CJNE R6,#0FFH,LOOP ;R6!=-1時(shí)跳轉(zhuǎn)到LOOP，否則，順序執(zhí)行
MOV R6,#9

;十位調(diào)整
DEC R5
CJNE R5,#0FFH,LOOP
MOV R5,#9

;百位調(diào)整
DEC R4
CJNE R4,#0FFH,LOOP
;MOV R4,#9

LJMP AGAIN

;顯示子程序
DISPLAY:
MOV R0,#8
COUNT:
CLR CLK ;P1.0輸出低電平
RLC A ;將存放在A中欲顯示的字符碼右移一位(最低位存入C)
MOV DAT,C
SETB CLK ;P1.0輸出高電平
DJNZ R0,COUNT ;R0減1不為0轉(zhuǎn)到SLP 繼續(xù)輸出字形碼
RET

;延時(shí)子程序
DELAY:
MOV R1,#0FFH
STOP:
MOV R2,#1FH
DEL:
MOV R3,#0FFH
DJNZ R3,$
DJNZ R2,DEL
DJNZ R1,STOP

RET

TAB:
DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
END