• 单片机与控制实验(1)——数码管显示


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    一、实验目的和要求

      初步学习和掌握MCS-51的体系结构和汇编语言,了解Keil编程环境和程序下载工具的使用方法。了解数码管输出的原理及编程方式。

    二、实验设备

      单片机测控实验系统

      STC-ISP程序下载工具

      Keil开发环境

    三、实验内容

      使用MCS-51汇编语言编写程序,完成如下功能:

      1. 使用三个数码管显示十进制数值(001~999,可任意设置);

      2. 每隔1秒,该数值自动减一,直到归零;

      3. 归零后的下一秒,显示一个新的十进制数值(001~999,可任意设置);

      4. 每隔1秒,新数值继续自动减一,直到再次归零;

      5. 重新执行步骤1,循环往复。

      6. 当开关S1按下时,暂停计数;S1松开时,恢复计数。

    四、实验步骤

      1. 预习

      参考辅助材料,学习8031汇编语言以及实验原理。阅读七段数码显示器的电路图,重点理解右边的LED显示部分。

      2. 简单程序录入和调试

      MCS51单片机汇编语言的基本格式比较简单,程序中可以使用通用寄存器或者内存单元进行计算。另外,单片机的程序没有退出到操作系统的概念,一般都是死循环程序。

      一个简单程序举例如下:  

    ORG 0000H ;复位起始地址
    LJMP START ;中间地址保留给中断向量表
    ORG 0040H ;程序实际起始地址
    START: ; 实际程序
    MOV 40H, #0H

    NEXT:

    MOV A, 40H
    INC A
    MOV P0, A ;板上的P0口连接到8个LED,可以监视运行状态
    MOV 40H, A
    MOV R6, #0FFH
    L2:MOV R7, #0FFH
    L1:DJNZ R7, L1
    DJNZ R2, L2 ;延迟一段时间
    LJMP NEXT
    END

      参考Keil使用指南,创建工程,设置工程参数,添加ASM文件,并录入上面的简单程序。确保无编译和链接错误。

      3. 程序调试 

      使用Keil环境可以进行仿真调试。进入“调试”菜单,开始调试,可以单步运行,或者先设置断点然后连续运行;可以在调试过程中观察各个寄存器的值。还可以在sys区域观察到当前程序执行的时间。

      4. 编写程序,完成功能

      A、显示

      本开发平台有3个数码管,使用串行方式连接在一起,具体电路参见实验原理。要想输出一个字形码,就需要从高位到低位依次向移位寄存器输出8个比特。移位寄存器的数据线和时钟线分别接到单片机的P4.5和P4.4管脚,可以使用MCS-51里面的位操作指令进行输出。连续输出3个字形,24个bit之后,欲显示的字形将稳定地显示在数码管上,程序可以转而执行其他工作。

      七段字形的编码方式需要通过实验获得。这些编码作为程序中的常数,使用DB命令存放。在程序中,需要将数值转换为相应的字形编码,可以使用MOVC指令来完成。

      B、时间

      本实验要求的按时间显示数值,直接通过软件延时来实现,也就是若干次空循环来完成,不需要使用单片机内部的定时器等硬件资源。由于在后面的实验中也要使用软件的延时子程序,因此这里预先做准备。
      本单片机使用12MHz主频的晶振,结合MCS51的体系结构和指令时序,可以计算每条指令的运行时间,也可以通过Keil环境的调试功能来检查程序片段的执行时间。当然,最后可以通过程序执行的总体运行结果来调整时间。希望同学能够通过这个过程,得出一段能够精确到1ms的子程序,重复调用1000次,从而达到定时1s的效果。从而完成实验要求2。

      C、开关

      在本实验板上设置了两个开关S1和S2,分布接入到8031的P3.6和P3.7,开关按下时,输入0,松开时,输入1。利用这个开关完成实验要求3。

      五、实验原理

      本实验采用3个74HC164级联控制三个数码管的显示,具体实验原理如下图所示。其中使用单片机P4.5作为模拟串口数据,使用P4.4模拟串口时钟,CLR端接高电平。使用上一个74HC164的Q7作为下一个74HC164的输入端。

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

      74HC164是高速CMOS 器件。74HC164是8位边沿触发式移位寄存器,串行输入数据,然后并行输出。数据通过两个输入端(A或B)之一串行输入;任一输入端可以用作高电平使能端,控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起,或者把不用的输入端接高电平,一定不要悬空。

      时钟 (CLK) 每次由低变高时,数据右移一位,输入到Q0,Q0 是两个数据输入端(A和B)的逻辑与,它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。

      主复位(CLR)输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效,同时非同步地清除寄存器,强制所有的输出为低电平。

      六、实验代码  

    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单片机P4.4、P4.5、P4.6有第二功能定义,
    ;通过P4SW寄存器设置这三口的工作方式,当为1时,是通用I/O
    ;此处设置P4.4、P4.5、P4.6为通用I/O

    AGAIN: ;死循环

    ;显示设置
    MOV R6,#3 ;个位设置
    MOV R5,#4 ;十位设置
    MOV R4,#5 ;百位设置


    LOOP:

    ;显示各位
    MOV A,R6
    MOV DPTR,#TAB
    MOVC A,@A+DPTR
    LCALL DISPLAY ;调用显示函数

    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 ;调用延迟函数

    ;按下key时的暂停操作
    PAUSE:NOP
    JNB KEY,PAUSE

    ;数字调整,减一操作
    ;个位调整
    DEC R6 ;每次计数减一
    CJNE R6,#0FFH,LOOP ;R6!=-1时跳转到LOOP,否则,顺序执行
    MOV R6,#9

    ;十位调整
    DEC R5
    CJNE R5,#0FFH,LOOP
    MOV R5,#9

    ;百位调整
    DEC R4
    CJNE R4,#0FFH,LOOP
    ;MOV R4,#9

    LJMP AGAIN


    ;显示子程序
    DISPLAY:
    MOV R0,#8
    COUNT:
    CLR CLK ;P1.0输出低电平
    RLC A ;将存放在A中欲显示的字符码右移一位(最低位存入C)
    MOV DAT,C
    SETB CLK ;P1.0输出高电平
    DJNZ R0,COUNT ;R0减1不为0转到SLP 继续输出字形码
    RET


    ;延时子程序
    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

    七、附录

    实验电路原理图:点击查看

     

     

     

     

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