任務(wù)三 數(shù)碼管顯示

任務(wù)描述

這里的數(shù)碼管其實(shí)就是LED燈，七段數(shù)碼管是由7個(gè)LED組成的“8”字形的顯示

設(shè)備，每個(gè)LED一個(gè)段，分別用a、b、c、d、e、f、g和dp表示，可顯示數(shù)字0～9或

字母A～F，另外還有一個(gè)用于表示小數(shù)點(diǎn)的LED，共8個(gè)LED，如圖

1 23所示。

編寫一個(gè)程序控制單片機(jī)在4位七段數(shù)碼管中顯示數(shù)字“1234”，并讓顯示的內(nèi)容每隔1s自動(dòng)加1。

任務(wù)分析

本任務(wù)介紹單片機(jī)如何控制七段數(shù)碼管顯示，如何控制多個(gè)數(shù)碼管顯示，學(xué)習(xí)幾個(gè)常見的編程指令，了解循環(huán)程序設(shè)計(jì)格式、數(shù)碼管掃描顯示方法及原理。掌握七段數(shù)碼管的電路連接，掌握查表的編程方法。

任務(wù)實(shí)施

圖1-23 七段

數(shù)碼管

一、七段數(shù)碼管控制方式1.七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)

七段數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種，共陰極就是將所有發(fā)光二極管的陰極共同連接在一個(gè)COM點(diǎn)，陽極分別用a、b、c、d、e、f、g和dp表示；共陽極就是將所有發(fā)光二極管的陽極共同連接在一個(gè)COM點(diǎn)，陰極分別用a、b、c、d、e、f、g和dp表示，如圖1-24所示。

圖1-24 共陰極、共陽極七段數(shù)碼管電路

（a）共陰極；（b）共陽極

七段數(shù)碼管的顯示電路可分為靜態(tài)顯示電路和動(dòng)態(tài)顯示電路。數(shù)碼管不間斷地持續(xù)顯示為靜態(tài)顯示，一般用于只有1個(gè)七段數(shù)碼管的情況下。動(dòng)態(tài)顯示的數(shù)碼管處于高頻率的通斷刷新中，一般用于有多個(gè)七段數(shù)碼管組合的情況下，如圖1-25所示。

圖1-25 四位七段數(shù)碼管

2.靜態(tài)顯示

共陽極數(shù)碼管使用時(shí)，將COM與VCC連接，然后在每個(gè)陰極接一個(gè)限流電阻，再與驅(qū)動(dòng)電路連接或直接接到單片機(jī)引腳，如圖1-26所示。

圖1-26 七段數(shù)碼管連接電路

當(dāng)陰極對應(yīng)的引腳輸出低電平時(shí)，相應(yīng)的LED點(diǎn)亮，根據(jù)不同引腳電平的輸出組合可以顯示不同數(shù)字。

共陰極數(shù)碼管使用時(shí)，先將COM連接GND，然后在每個(gè)陽極接一個(gè)限流電阻，再與驅(qū)動(dòng)電路連接或直接接到單片機(jī)引腳，如將陽極直接單片機(jī)引腳，則需給引腳加設(shè)2kΩ左右上拉電阻增加驅(qū)動(dòng)電流。

靜態(tài)顯示的電路優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，只要在8個(gè)數(shù)據(jù)端口輸入相應(yīng)數(shù)字的編碼即可，易于編寫程序。以共陰極數(shù)碼管為例，顯示數(shù)字1時(shí)讓b、c兩段點(diǎn)亮即可，假如a～dp分

別連接P0.0～P0.7，那么數(shù)字1的編碼則為06H（0000 0110B），其余的數(shù)字編碼見

表1-5。缺點(diǎn)是當(dāng)數(shù)碼管的數(shù)量多時(shí)，占用單片機(jī)I/O端口接線過多，因此有了動(dòng)態(tài)的顯示電路。

表1-5

七段數(shù)碼管顯示代碼表

續(xù)表

3.動(dòng)態(tài)顯示

動(dòng)態(tài)顯示電路是將多個(gè)數(shù)碼管的8根數(shù)據(jù)線（a～g和dp）分別連接在一起，每個(gè)公共端作為使能引腳，以4位的共陰極電路為例，如圖1-27所示。

圖1-27 四位七段數(shù)碼管單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)電路（亮度有限）

動(dòng)態(tài)顯示原理是將要顯示的數(shù)字的編碼送到數(shù)碼管8根公共的總線上，如果只要第一個(gè)數(shù)碼管顯示，則使其公共端為低電平，其余三個(gè)公共端為高電平。在顯示四個(gè)不同的數(shù)字時(shí)，將需顯示的數(shù)字編碼送到總線上，并使其相應(yīng)的數(shù)碼管的公共端為低電平，其余三個(gè)高電平關(guān)閉顯示，依次讓第一到第四個(gè)顯示不同的數(shù)字并快速切換刷新。每個(gè)數(shù)碼管顯示的時(shí)間控制在16ms以內(nèi)，由于人眼的遲滯效應(yīng)會(huì)同時(shí)看到4個(gè)數(shù)碼管的數(shù)字。

4.驅(qū)動(dòng)電路

七段數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路主要有3種：①單片機(jī)引腳加上拉電阻驅(qū)動(dòng)，用于數(shù)碼管功率較小時(shí)；②使用三極管或邏輯門芯片驅(qū)動(dòng)，用于數(shù)碼管的功率較大時(shí)；③使用專用的可編程數(shù)碼管控制芯片，通常可以驅(qū)動(dòng)較大功率的數(shù)碼管，且占用單片機(jī)的I/O口數(shù)量少。以共陰極數(shù)碼管為例：

使用第一種驅(qū)動(dòng)電路的接法如圖1-27所示。其中P0口已加設(shè)了2kΩ的上拉電阻，

將P0口的P0.0～P0.7分別接a～g和dp，4個(gè)公共使能端與P2.3～P2.0連接。

將P2.3配置為低電平時(shí)，電流從P0口通過第1個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)LED流回P2.3引腳，8個(gè)LED都點(diǎn)亮?xí)r，P2.3引腳約吸納10～15mA電流，如果電流超過了P2口引腳電流吸納的極限值20mA，可采用第二種驅(qū)動(dòng)電路，使用三極管或門電路來增加驅(qū)動(dòng)電流，共陽極的四位七段數(shù)碼管連接圖見圖1-28所示。

圖1-28 共陽極四位七段數(shù)碼管三極管驅(qū)動(dòng)連接

這種方式在數(shù)碼管點(diǎn)亮?xí)r，電流從U_CC開始依次經(jīng)三極管、數(shù)碼管內(nèi)發(fā)光二極管、限流電阻后回到GND，若采用S9012三極管集射極電流最大可達(dá)500mA。與第1種電路不同的是，單片機(jī)的使能控制引腳不是直接與數(shù)碼管的公共端相連，而是接到三極管的基極。

第3種驅(qū)動(dòng)電路采用集成化的串行控制數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片。例如MAX7219，它可驅(qū)動(dòng)8個(gè)七段數(shù)碼管64個(gè)LED燈，內(nèi)部具有寄存器可配置數(shù)碼管亮度、位數(shù)及編碼方式等信息，具體用法可參考MAX7219的使用說明。

二、編寫程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)碼管控制

實(shí)驗(yàn)板上的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路是采用單片機(jī)加上拉電阻直接驅(qū)動(dòng)的，其電路如圖1-27所示。P0口每個(gè)引腳增設(shè)了2kΩ的上拉電阻以增加驅(qū)動(dòng)電流，P0.0～P0.7分別與a～g、dp連接，4個(gè)公共使能端與P2.3～P2.0連接。假如我們要顯示“1234”這個(gè)數(shù)字，對應(yīng)第1個(gè)數(shù)碼管顯示1字樣，則在P0口輸出數(shù)字1的編碼06H：

79.MOV P0，06H

；

再在第一個(gè)數(shù)碼管的控制引腳P2.3輸出低電平使能顯示，并保證控制引腳P2.0～P2.2輸出高電平關(guān)閉其他三個(gè)數(shù)碼管（為保證輸出有效，首先得給P2口寫入1），然后調(diào)用延時(shí)程序（不超過16ms）：

根據(jù)上面的步驟寫出四位七段數(shù)碼管的程序段，并依次讓4個(gè)數(shù)碼管循環(huán)顯示：

只要將上面代碼放在主程序中一直循環(huán)執(zhí)行即可看到數(shù)碼管顯示“1234”的字樣。從上面的代碼我們可以知道，要顯示某個(gè)數(shù)字或字母時(shí)都得去查它的編碼，很麻煩。這里可以用查表法來改進(jìn)，先將每個(gè)數(shù)字的編碼使用DB指令依次存放ROM中：

TAB為指令的標(biāo)簽，因?yàn)镈B是偽指令，因此TAB代表的不是DB指令的地址，而是DB指令第1個(gè)參數(shù)（也就是數(shù)據(jù)）的ROM地址，第3行是數(shù)碼管編碼對應(yīng)的字符，第4行是對應(yīng)的編號。在程序中可先將TAB的值賦予DPTR，再用MOVC A，＠A+DPTR指令從ROM中讀取數(shù)據(jù)，然后送到P0口鎖存器中：

上面的指令就是一個(gè)查表過程，從A中的值查到其相應(yīng)的編碼，使用查表法改進(jìn)的程序如下：

在新建的“閃爍燈.ASM”文件中輸入上面的程序，編譯后下載到實(shí)驗(yàn)板中，然后單片機(jī)復(fù)位開始運(yùn)行，就可以看到四位七段數(shù)碼管顯示“4321”。有興趣的讀者可以嘗試每隔1s自動(dòng)加1的程序編寫。

拓展知識(shí)

一、匯編語言移位指令

移位指令能對累加器ACC中的內(nèi)容進(jìn)行循環(huán)移位操作，8051指令系統(tǒng)中支持循環(huán)左移、循環(huán)右移、帶進(jìn)位循環(huán)左移和帶進(jìn)位循環(huán)右移共4條移位指令。

◆ RL A

功能：循環(huán)左移，將累加器A中的每個(gè)位向左移動(dòng)一位，最高位移到最低位。

例如：RL A

執(zhí)行前，（A）=7FH，即01111111執(zhí)行后，（A）=FEH，即11111110

另：二進(jìn)制數(shù)中，每一個(gè)位的權(quán)為2ⁿ，因此在沒溢出的前提下每向左移一位，相當(dāng)于將該數(shù)乘以2。而右移恰好相反，相當(dāng)于是除以2的運(yùn)算。

◆ RR A

功能：循環(huán)右移，將累加器A中的每個(gè)位向右移動(dòng)一位，最低位移到最高位。

例如：RR A

執(zhí)行前，（A）=7FH，即01111111執(zhí)行后，（A）=BFH，即10111111◆ RLCA

功能：帶進(jìn)位循環(huán)左移，將累加器A中的每個(gè)位向左移動(dòng)一位，最高位移到進(jìn)位標(biāo)志C中，C的內(nèi)容補(bǔ)到最低位。

例如：RLC A

執(zhí)行前，（A）=7FH，即01111111，C=0執(zhí)行后，（A）=FEH，即11111110，C=0◆ RRCA

功能：帶進(jìn)位循環(huán)右移，將累加器A中的每個(gè)位向右移動(dòng)一位，最低位移到進(jìn)位標(biāo)志C中，C的內(nèi)容送到最高位。

例如：RRC A

執(zhí)行前，（A）=7FH，即01111111，C=0執(zhí)行后，（A）=3FH，即00111111，C=1

二、匯編語言算術(shù)運(yùn)算指令

功能：將源操作數(shù)與目標(biāo)操作數(shù)進(jìn)行加、減、乘、除等運(yùn)算，其結(jié)果存放于目標(biāo)操作數(shù)中。8051的邏輯單元只能對8位無符號數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，利用帶進(jìn)位的指令時(shí)可以對多字節(jié)的無符號整數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。同時(shí)利用溢出標(biāo)志位，可以對有符號數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算指令除加減1指令外，運(yùn)算結(jié)束都會(huì)刷新PSW寄存器的標(biāo)志位。算術(shù)運(yùn)算指令共有24條，可分為6類。

1.加減1指令

用于循環(huán)計(jì)數(shù)和地址的偏置查表。加1指令助記符為INC（increase），減1指令助記符為DEC（decrease），只有1個(gè)目標(biāo)操作數(shù)，可以是直接尋址、工作寄存器、間接尋址和累加器。加減1指令說明見表1-6。

表1-6

加減1指令說明

注意：加減1指令的執(zhí)行結(jié)果不影響任何標(biāo)志位。2.加法指令

將源操作數(shù)與目標(biāo)操作數(shù)相加，結(jié)果存放于目標(biāo)操作數(shù)中。目標(biāo)寄存器只能為A，源操作數(shù)的尋址方式可以是立即數(shù)、直接尋址、工作寄存器或間接尋址。加法指令有帶進(jìn)位與非帶進(jìn)位的指令兩大類，非進(jìn)位的加法指令助記符為ADD，帶進(jìn)位的加法指令助記符為ADDC。加法指令說明見表1-7。

表1-7

加法指令說明

加法運(yùn)算指令的運(yùn)算結(jié)果會(huì)影響C、AC和OV標(biāo)志位。當(dāng)最高位bit7產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)，C被置位，否則復(fù)位；當(dāng)?shù)?位產(chǎn)生進(jìn)位，即bit3位有進(jìn)位時(shí)，AC被置位，否則復(fù)位；當(dāng)運(yùn)算結(jié)果不在有符號數(shù)范圍內(nèi)時(shí)，即有符號數(shù)運(yùn)算溢出，OV被置位，否則復(fù)位。

3.減法指令（帶進(jìn)位）

減法指令都是帶進(jìn)位的指令，指令助記符為SUBB，目標(biāo)操作數(shù)只能為A，源操作數(shù)可以是立即數(shù)、直接尋址、間接尋址和工作寄存器。運(yùn)算過程是將A寄存器的內(nèi)容減去源操作數(shù)及進(jìn)位標(biāo)志C的內(nèi)容，結(jié)果存回A中。減法指令運(yùn)算結(jié)果會(huì)影響C、AC與OV標(biāo)志位。減法指令說明見表1-8。

表1-8

減法指令說明

當(dāng)運(yùn)算過程最高位產(chǎn)生借位時(shí)，C=1，否則C=0；當(dāng)?shù)?位產(chǎn)生借位時(shí)，AC=1，否則AC=0；當(dāng)單字節(jié)有符號數(shù)運(yùn)算溢出時(shí)，OV位置1，否則為0。

4.乘法指令

◆ MUL AB

功能：將A寄存器與B寄存器中的無符號數(shù)相乘，乘積結(jié)果的高8位賦給B寄存器，低8位賦給A寄存器。當(dāng)乘積的值大于FFH時(shí)，OV標(biāo)志位置1，如果OV標(biāo)志位為0則說明乘積小于FFH，可在A寄存器中讀取結(jié)果即可。

例如：MUL AB

執(zhí)行前，（A）=20H，（B）=12H執(zhí)行后，（A）=40H，（B）=02H

5.除法指令

◆ DIV AB

功能：將A寄存器中的無符號數(shù)除以B寄存器中的無符號數(shù)，所得的商存于累加器A中，余數(shù)存于B寄存器中。除法指令總是使OV和C標(biāo)志位為0，如OV=1，表示B的值為0，除法有溢出，運(yùn)算結(jié)果為不定值。

例如：DIV AB

執(zhí)行前，（A）=20H，（B）=12H執(zhí)行后，（A）=01H，（B）=0EH

6.BCD碼調(diào)整指令

◆ DA A

功能：將A寄存器中的BCD碼和進(jìn)行進(jìn)位調(diào)整。DA指令調(diào)整的依據(jù)是，如果低4位的值大于9，則加06H，并向高4位進(jìn)位，如高4位的值大于9，也加06H，那么進(jìn)位

標(biāo)志CY置1。38

例如：DA A

執(zhí)行前，（A）=ABH，（C）=0執(zhí)行后，（A）=11H，（C）=1

三、匯編語言邏輯運(yùn)算指令

邏輯運(yùn)算指令是對操作數(shù)按位進(jìn)行與、或、非、取反、異或運(yùn)算的指令，它的運(yùn)算結(jié)果不會(huì)影響標(biāo)志位，共有4類19條邏輯運(yùn)算指令。

1.邏輯與指令

功能：將兩個(gè)操作數(shù)對應(yīng)的位進(jìn)行與運(yùn)算并存回目標(biāo)操作數(shù)中，當(dāng)兩個(gè)位都為邏輯1時(shí)，運(yùn)算結(jié)果方為1，否則為0。指令助記符ANL為AND（與）和LOGIC（邏輯）的縮寫，共有6條。指令說明見表1-9。

表1-9

邏輯與指令說明

例如：ANL23H，＃E9H

執(zhí)行前，（23H）=67H，即67H（01100111B）和E9H（11101001B）作邏輯與運(yùn)算執(zhí)行后，（23H）=61H

2.邏輯或指令

功能：將兩個(gè)操作數(shù)對應(yīng)的位進(jìn)行或運(yùn)算并存回目標(biāo)操作數(shù)中，當(dāng)兩個(gè)位為邏輯0時(shí)，運(yùn)算結(jié)果方為0，否則為1。指令助記符ORL為OR（或）和LOGIC（邏輯）的縮寫，共有6條。指令說明見表1-10。

表1-10

邏輯或指令說明

例如：ORL A，69H

執(zhí)行前，（A）=C3H，（69H）=38H，即C3H（1100 0011B）和38H（0011 1000B）作邏輯或運(yùn)算，結(jié)果為1111 1011B

執(zhí)行后，（A）=FBH，（69H）=38H 3.異或指令XOR

功能：將兩個(gè)操作數(shù)對應(yīng)的位進(jìn)行異或運(yùn)算并存回目標(biāo)操作數(shù)中，當(dāng)兩個(gè)位邏輯值相反，即其中一個(gè)為真，另一個(gè)為假時(shí)運(yùn)算結(jié)果方為1，否則為0。操作助記符XRL為EX

CLUSIVE OR LOGIC的縮寫，共有6條指令。指令說明見表1-11。

表1-11

異或指令說明

例如：XRL A，37H

執(zhí)行前，（A）=D3H，（37H）=58H，即58H（0101 1000B）和D3H（1101 0011B）作異或運(yùn)算，結(jié)果為1000 1011B（8BH）

執(zhí)行后，（A）=8BH，（37H）=58H

4.累加器取反指令

◆ CPL A

功能：將累加器中的內(nèi)容按位取反，然后存回A中。指令只有1個(gè)目標(biāo)操作數(shù)A。

例如：CPL A

執(zhí)行前，（A）=3DH執(zhí)行后，（A）=C2H

四、匯編語言程序結(jié)構(gòu)

默認(rèn)情況下程序是從0000H地址開始存放的，而ROM地址0003H～0023H的范圍是單片機(jī)中斷的向量地址，也就是在中斷使能情況下的目標(biāo)地址，因此這個(gè)區(qū)間是存儲(chǔ)中斷服務(wù)程序的，如果將用戶主程序存放在這就與之相沖突了，因此在程序中使用ORG偽指令指定程序段放置的起始地址。用ORG偽指令指定在0000H～0002H存放LJMP指令，再由LJMP指令跳轉(zhuǎn)到同樣由ORG偽指令指定的存放主程序段的地址（一般為0030H），避開中斷向量區(qū)間。通常程序開始部分用于參數(shù)初始化，如堆棧、中斷等，處理完初始化程序后進(jìn)入主程序開始循環(huán)執(zhí)行。

我們還會(huì)經(jīng)常碰到需要反復(fù)多次執(zhí)行某個(gè)程序段的情況，如果重復(fù)編寫這個(gè)程序段會(huì)使程序變得冗長而雜亂，因此使用子程序的結(jié)構(gòu)來避免，這樣能使程序的結(jié)構(gòu)更加清晰，方便閱讀與維護(hù)。另外程序中還經(jīng)常會(huì)使用宏偽指令EQU用于代替變量地址或使用頻率較高的常量，宏定義段一般位于程序最開始。下面我們來看一段程序。

如要修改上面程序中P1和P2的輸出只需修改第一行的宏即可。匯編程序典型結(jié)構(gòu)

如圖1-29所示。

圖1-29 匯編程序典型結(jié)構(gòu)

能力檢測

編程實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管靜態(tài)顯示秒表的倒計(jì)時(shí)。