項(xiàng)目21演示教學(xué)

項(xiàng)目二超速報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試任務(wù)1速度顯示模塊內(nèi)容提要速度顯示通常有哪些形式？數(shù)碼管顯示接口電路如何設(shè)計(jì)？液晶顯示接口電路如何設(shè)計(jì)？數(shù)碼管顯示與液晶顯示有何異同？在數(shù)碼管上顯示小數(shù)點(diǎn)，有哪些處理方法？按鍵接口電路如何設(shè)計(jì)？項(xiàng)目效果圖主要內(nèi)容設(shè)計(jì)要求1硬件設(shè)計(jì)2軟件設(shè)計(jì)3拓展要求4設(shè)計(jì)要求能力目標(biāo)能掌握51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)；能基本應(yīng)用Keil和Proteus軟件；能理解并能運(yùn)用程序設(shè)計(jì)的基本框架；能根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇元器件。相關(guān)知識(shí)數(shù)碼管顯示接口電路、I/O口資源，程序框架；數(shù)組和子函數(shù)的應(yīng)用；Keil和Proteus軟件的基本應(yīng)用。任務(wù)要求設(shè)計(jì)完成速度顯示的控制；畫出電路設(shè)計(jì)的原理圖和仿真圖；調(diào)試控制程序代碼；系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。硬件電路設(shè)計(jì)具體可分為硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)具體電路方案設(shè)計(jì)總電路原理圖設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)流程圖設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)仿真調(diào)試

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)具體電路方案設(shè)計(jì)-顯示電路

動(dòng)態(tài)顯示具體電路方案設(shè)計(jì)-顯示電路

靜態(tài)顯示LED數(shù)碼管

數(shù)碼管內(nèi)部由多個(gè)發(fā)光二極管組成。根據(jù)內(nèi)部二極管連接方式，數(shù)碼管在結(jié)構(gòu)上又分為共陰極型和共陽(yáng)極型兩種。共陰極型內(nèi)部發(fā)光二極管陰極連在一起，接低電平。共陽(yáng)極型內(nèi)部發(fā)光二極管陽(yáng)極連在一起，接高電平。單個(gè)數(shù)碼管內(nèi)部共有8只發(fā)光二極管，7只為字段，可組成字形，第八個(gè)為小數(shù)點(diǎn)。故單個(gè)數(shù)碼管有人稱為七段數(shù)碼顯示，也有人稱之為八段顯示。如下圖示，(a)為數(shù)碼管引腳及外型圖，(b)為共陰極型LED顯示器，(c)為共陽(yáng)極型LED顯示器。LED數(shù)碼管數(shù)碼管引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

LED數(shù)碼管

數(shù)碼管發(fā)光原理分兩種情況：

共陰極型如圖（b）所示，a、b、c、d、e、f、g各引腳輸入高電平有效。只要哪個(gè)引腳輸入為高電平，對(duì)應(yīng)的二極管就會(huì)發(fā)亮。共陽(yáng)極型，如圖（c）所示。這種結(jié)構(gòu)數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g各引腳輸入低電平有效。只要哪個(gè)引腳輸入低電平，對(duì)應(yīng)的二極管就會(huì)發(fā)亮。公共端接低電平公共端接高電平LED數(shù)碼管

通過點(diǎn)亮不同的發(fā)光段可組成不同的字形。輸入到數(shù)碼管dp、g、f、e、d、c、b、a的二進(jìn)制碼稱為字段碼（或稱字形碼），數(shù)碼管顯示的結(jié)果為字形。下表是顯示字形與共陽(yáng)極和共陰極兩種接法的字段碼對(duì)應(yīng)關(guān)系。LED數(shù)碼管顯示字形與段選碼關(guān)系顯示字形共陽(yáng)極段選碼共陰極段選碼0C0H3FH1F9H06H2A4H5BH3B0H4FH499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H6FHA88H77Hb83H7CHCC6H39HdA1H5EHE86H79HF8EH71H“滅”FFH00HLED數(shù)碼管

上表中，各發(fā)光段a、b、c、d、e、f、g及dp與數(shù)據(jù)線的對(duì)應(yīng)關(guān)系是D0～D7，即a對(duì)應(yīng)D0、b對(duì)應(yīng)D1、…、依次類推，而dp對(duì)應(yīng)D7。只要把共陽(yáng)極數(shù)碼管按照引腳a、b、c、d、e、f、g、dp的順序分別接于單片機(jī)P1口的P2.0～P2.7，如下圖所示。由于P2口在輸出時(shí)具有鎖存功能，只要用指令向P2口送出字段碼，數(shù)碼管就可顯示出所需字形。LED數(shù)碼管思考：有時(shí)候?yàn)榱穗娐钒宀季€方便，數(shù)碼管與單片機(jī)的連接關(guān)系并非是“各發(fā)光段a、b、c、d、e、f、g及dp與數(shù)據(jù)線的對(duì)應(yīng)關(guān)系是D0～D7”。

當(dāng)他們的連接關(guān)系為“D0-D7分別與數(shù)碼管的g、f、a、b、e、d、c、dp”時(shí)，顯示的字形碼是什么？？？單個(gè)LED數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管與P2口接口連接電路

單個(gè)LED數(shù)碼管顯示電路

要求設(shè)計(jì)十秒計(jì)時(shí)器。包含一位數(shù)碼管，數(shù)值在0~9變化。每位數(shù)顯示一秒鐘。 數(shù)碼管的顯示要用到數(shù)組。將字形碼存放在數(shù)組中。比如chr[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};P2=chr[i]；（10>i>=0）這樣完成了譯碼，當(dāng)i=0時(shí)將chr[0]即0x3f送出了，從而實(shí)現(xiàn)了0的顯示。單個(gè)LED數(shù)碼管顯示電路十秒計(jì)時(shí)器流程圖，可用for循環(huán)實(shí)現(xiàn)。單個(gè)LED數(shù)碼管顯示程序voidmain(void){uchari;ucharchr[10]={0x3F,0x06, 0x5B,0x4F,0x66,0x6D, 0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; while(1) { for(i=0;i<10;i++) { P2=chr[i]; delay(); } }}#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#include<AT89X51.h> voiddelay(){

uchar i;

uint

j;

for(i=0;i<124;++i)

for(j=0;j<1000;++j);}顯示接口設(shè)計(jì)多位數(shù)碼管顯示時(shí)工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。1．靜態(tài)顯示方式：靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管必須接一個(gè)8位鎖存器用來(lái)鎖存待顯示的字形碼。送入一次字形碼顯示字形一直保持，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，顯示便于監(jiān)測(cè)和控制。缺點(diǎn)是硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。靜態(tài)顯示接口電路有許多種，下圖給出了一個(gè)并行接口顯示電路的實(shí)例。

靜態(tài)顯示接口電路如果要求實(shí)現(xiàn)顯示34chr[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};P2=chr[3]；P2=chr[4];練習(xí)要求完成60秒的計(jì)時(shí)。可用一個(gè)變量i用來(lái)存放時(shí)間值，初始值為0。當(dāng)一秒鐘時(shí)間到了之后，這個(gè)變量的值加一。一直減到59，到60后又變?yōu)?，從頭開始。要顯示這個(gè)時(shí)間變量，需要將時(shí)間的個(gè)位和十位上的數(shù)值拆分出來(lái)。用什么方法呢？？1．基本算術(shù)運(yùn)算符基本算術(shù)運(yùn)算符有如下5種：

+(加法)、－(減法)、*(乘法)、/(除法)、%(求余數(shù))1)關(guān)于除法運(yùn)算“/”C語(yǔ)言規(guī)定：兩個(gè)整數(shù)相除，其商為整數(shù)，小數(shù)部分被舍棄。例如，10/3=3。如果相除的兩個(gè)數(shù)中至少有一個(gè)是實(shí)型的，則結(jié)果為實(shí)型。例如，10.0/3=3.333333。

算術(shù)運(yùn)算符

如果商為負(fù)值，則取整的方向隨系統(tǒng)而異。但大多數(shù)系統(tǒng)采取“向零取整”原則，既取整后向零靠攏，換句話說，取其整數(shù)部分。例如，-5/3=-1。

2)關(guān)于求余數(shù)運(yùn)算“%”

求余數(shù)運(yùn)算要求兩側(cè)的操作數(shù)均為整型數(shù)據(jù)，否則出錯(cuò)。例如，5%2=1?？梢杂贸ㄟ\(yùn)算和求余數(shù)運(yùn)算將需要顯示數(shù)據(jù)的個(gè)位和十位的數(shù)碼求出。算術(shù)運(yùn)算符數(shù)字拆分例如將69的個(gè)位和十位的數(shù)字分別拆出。69/10=669%10=9這樣便獲得了6和9，即可分別送數(shù)碼管顯示了。60秒計(jì)時(shí)流程圖。voidmain(void){

chari; unsignedcharchr[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; while(1) { for(i=0;i<60;i++) { P2=chr[i/10]; P3=chr[i%10]; delay(); } }}顯示接口設(shè)計(jì)2．動(dòng)態(tài)顯示：動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，通過控制位選信號(hào)來(lái)控制數(shù)碼管的點(diǎn)亮。這樣一來(lái)，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個(gè)鎖存器，從而大大簡(jiǎn)化了硬件電路。數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的限流電阻。下圖給出一種2位LED動(dòng)態(tài)顯示電路。動(dòng)態(tài)顯示接口電路用動(dòng)態(tài)顯示法實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)58的顯示。動(dòng)態(tài)顯示接口程序#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#include<AT89X51.h> voiddelay(intk){ uchar i; uint j; for(i=0;i<124;++i)

for(j=0;j<k;++j);}voiddisplay(unsignedchart){ unsignedcharn1,n2; unsignedcharchr[10]={0x3F,0x06,0x5B,

0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; n1=t/10;n2=t%10; P3_1=1;P3_0=0; P2=chr[n1]; delay(10); P3_0=1;P3_1=0; P2=chr[n2]; delay(10);}voidmain(void)

{

unsignedchari=58;

while(1)

{

display(i); }}

練習(xí)采用動(dòng)態(tài)顯示法顯示六位數(shù)應(yīng)該如何繪制接口電路和編寫程序？display(longzt){charchr[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,

0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

chari,lie,a[6];

a[5]

=

zt%10;

zt

=

zt/10;

a[4]

=

zt%10;

zt

=

zt/10;

a[3]

=

zt%10;

zt

=

zt/10;

a[2]

=

zt%10;

zt

=

zt/10;

a[1]

=

zt%10;

zt

=

zt/10;

a[0]

=

zt%10;

lie

=

0x01;

for(i=0;i<6;i++)

{

P2=~lie;

P0=chr[a[i]];

delay();

lie=lie<<1;

}}數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)一般的51系列單片機(jī)的I/O口可以輸出4mA的拉電流或20mA的灌電流，可以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管發(fā)光。由于灌電流較大，因此對(duì)共陽(yáng)極數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)能力較大。數(shù)碼管工作時(shí)每段需串聯(lián)一個(gè)限流電阻，另外，電阻值的選取只要保證管子正常發(fā)光即可。一般單個(gè)數(shù)碼管電流控制在10～20mA較合適。電流太大會(huì)加大耗電量，而電流太小又無(wú)法得到足夠的發(fā)光度。數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)當(dāng)多位數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)顯示方式時(shí)，數(shù)碼管上八段的電流集合到公共段，所以數(shù)碼管的位線不能直接連接到單片機(jī)的I/O口?？赏ㄟ^IO口控制三極管的導(dǎo)通和截止來(lái)控制與電源的連接。數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)為了增加數(shù)碼管的亮度,在多位顯示時(shí)，段碼上應(yīng)加上驅(qū)動(dòng)芯片，增強(qiáng)輸出電流。常用顯示驅(qū)動(dòng)芯片有：74ls47,74ls48,74ls244,74ls164,74ls595等等。74ls244：三態(tài)輸出的八緩沖器和線驅(qū)動(dòng)器(20MA)74ls164：8串行輸入并行輸出的移位寄存器(25MA)

74ls595：8位串入并出輸出鎖存移位寄存器(35MA)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)要求具體電路方案設(shè)計(jì)-鍵盤電路按鍵按鍵的分類按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無(wú)觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長(zhǎng)。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵。

按鍵

鍵輸入原理在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。3．按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)微機(jī)鍵盤通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。按鍵

機(jī)械式按鍵在按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來(lái)。其抖動(dòng)過程如下圖所示，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5

10ms。按鍵按鍵觸點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)按鍵在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測(cè)按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)，即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測(cè)誤判，必須采取去抖動(dòng)措施。這一點(diǎn)可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，采用軟件去抖。按鍵軟件上采取的措施是：在檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms左右（具體時(shí)間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整）的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)。同理，在檢測(cè)到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動(dòng)的影響。按鍵

編制鍵盤程序一個(gè)完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能：

(1)檢測(cè)有無(wú)按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。

(2)有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個(gè)按鍵，其間對(duì)任何按鍵的操作對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無(wú)論一次按鍵時(shí)間有多長(zhǎng)，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。

按鍵(3)準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號(hào)），以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。按鍵獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)

單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個(gè)功能鍵，此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用下圖所示。按鍵

獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。按鍵獨(dú)立式按鍵的軟件結(jié)構(gòu)獨(dú)立式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。按鍵

S1～S4四個(gè)按鍵分別接到P3.0、P3.1、P3.2和P3.3，對(duì)這些鍵可以采用查詢的方法。If(P3_0==0){delay(10);if(P3_0==0){delay(10);while(P3_0==0);

按鍵確定按下，可執(zhí)行功能程序}}按鍵按鍵開關(guān)的抖動(dòng)問題單片機(jī)中應(yīng)用的鍵盤一般是由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的。由于按鍵是機(jī)械觸點(diǎn)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，會(huì)有抖動(dòng)。

抖動(dòng)對(duì)于人來(lái)說是感覺不到的，但對(duì)單片機(jī)來(lái)說，這已是一段“漫長(zhǎng)”的時(shí)間了。

消除抖動(dòng)的方法為了使CPU能正確地讀出P1.0口的狀態(tài)，對(duì)每一次按鍵只作一次響應(yīng)，就必須考慮如何去除抖動(dòng)。軟件去除抖動(dòng)就是在單片機(jī)獲得P1.0口為低的信息后，不是立即認(rèn)定S已被按下，而是延時(shí)10毫秒或更長(zhǎng)一段時(shí)間后再次檢測(cè)P1.0口，如果仍為低，說明S的確按下了，這實(shí)際上是避開了按鍵按下時(shí)的抖動(dòng)時(shí)間。而在檢測(cè)到按鍵釋放后（P1.0為高），再對(duì)鍵值處理。練習(xí)練習(xí)題：?jiǎn)纹瑱C(jī)P1口連接了8個(gè)按鍵，鍵值分別為1-8，當(dāng)按鍵按下時(shí)將該鍵的鍵值用數(shù)碼管顯示出來(lái)。

8個(gè)按鍵分別接到P1.0~P1.7，采用不斷查詢的方法，即檢測(cè)是否有鍵閉合，如有鍵閉合，則去除鍵抖動(dòng)，判斷鍵號(hào)并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。按鍵示例

#include<AT89X51.h>voiddelay(intk){

unsignedchar

i;

unsignedint

j;

for(i=0;i<124;++i)

for(j=0;j<k;++j);}ucharkey(void){

uchara;

P1=0xff;

a=P1;

if(a==0xff)return0;

else

{delay(10);

a=P1;

if(a==0xff)return0;

else

{

while(P1!=0xff);

returna;

}

}}main(

){unsignedcharchr[10]=

{0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,

0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

unsignedchark;

while(1)

{

k=key();

switch(k)

{

case0:break;

case0xfe:P2=chr[1];break;

case0xfd:P2=chr[2];break;

case0xfb:P2=chr[3];break;

case0xf7:P2=chr[4];

break;

case0xef:P2=chr[5];

break;

case0xdf:P2=chr[6];

break;

case0xbf:P2=chr[7];

break;

case0x7f:P2=chr[8];

break;

}}}按鍵數(shù)量較少時(shí)，可以逐個(gè)判斷按鍵是否按下。If(P1_0==0){delay(10);if(P1_0==0){delay(10);while(P1_0==0);

按鍵按下，可執(zhí)行功能程序}}練習(xí):設(shè)計(jì)一個(gè)包含兩個(gè)按