余 丹

(江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330096)

1 單片機(jī)

單片機(jī)是集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，功能強(qiáng)大，質(zhì)量輕，體積小，供電方便，具有計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能。單片機(jī)把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、各種輸入輸出接口等集成在一塊電路芯片上，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)。具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低、使用方便靈活、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等領(lǐng)域[1]。51單片機(jī)價(jià)格低廉，使用廣泛，本文采用AT89C51型號(hào)單片機(jī)，搭建硬件電路，采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。

2 分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器用于很多場合，可以對(duì)一場比賽進(jìn)行分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)，也能對(duì)貨品數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。根據(jù)不同要求可以采用不同的計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器可以根據(jù)計(jì)數(shù)范圍、計(jì)數(shù)方式等來選擇，如1位數(shù)計(jì)數(shù)、2位數(shù)計(jì)數(shù)器、3位數(shù)計(jì)數(shù)器，一般采用LED數(shù)碼管顯示，計(jì)數(shù)方式可以通過按鈕控制，有加按鈕或減按鈕，每次加/減不一樣，就需多個(gè)按鈕。根據(jù)具體的控制要求，設(shè)計(jì)出專門的計(jì)數(shù)器。本文設(shè)計(jì)1個(gè)2位的簡易分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器，只有1個(gè)按鈕，每按1次按鈕就加1分，采用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

3 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)要求分析，2位計(jì)數(shù)器采用LED數(shù)碼管顯示，需要2個(gè)LED數(shù)碼管，1個(gè)按鈕進(jìn)行加分，要1個(gè)按鈕按鍵，按鍵按1次加1分，按2次加2分，即需要加幾分就按幾次。用1塊51單片機(jī)結(jié)合單片機(jī)最小系統(tǒng)電路就能設(shè)計(jì)，硬件電路如圖1所示。也可以根據(jù)分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器的實(shí)際要求來更改設(shè)計(jì)，如分?jǐn)?shù)有加有減，可以增加一個(gè)減分按鈕，即在此電路上就能更改，變化很小，給設(shè)計(jì)留有余量，增加功能變換，更改簡單。

圖1 分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器硬件圖

LED數(shù)碼管能清晰顯示字符，經(jīng)常用來作為單片機(jī)人機(jī)對(duì)話的輸出設(shè)備，用于顯示單片機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果、顯示信息等。LED數(shù)碼管由7段或8段發(fā)光二極管構(gòu)成，含有小數(shù)點(diǎn)的為8段，不含小數(shù)點(diǎn)的為7段數(shù)碼管，每一個(gè)發(fā)光二極管組成一個(gè)段，分別為a、b、c、d、e、f、g、dp段，并且以a段為8位二進(jìn)制的低位，dp段為最高位。將發(fā)光二極管組合好，就能顯示不同的字符或數(shù)字。LED數(shù)碼管有共陽、共陰極之分，發(fā)光二極管要點(diǎn)亮，需要連成一個(gè)完整電路，有電源端、接地端，發(fā)光二極管有正負(fù)極之分，正極對(duì)應(yīng)電源端，負(fù)極對(duì)應(yīng)接地端，如果將8個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起接低電平，就是共陰數(shù)碼管，反之，將8個(gè)發(fā)光二極管的正極連在一起接高電平，就是共陽數(shù)碼管，本系統(tǒng)采用共陽數(shù)碼管。當(dāng)共陽數(shù)碼管的公共端接高電平，該數(shù)碼管就能點(diǎn)亮，如果公共端接低電平，該數(shù)碼管不能被點(diǎn)亮。采用共陽數(shù)碼管，需要某段被點(diǎn)亮，該段應(yīng)接上低電平，即對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管導(dǎo)通，如顯示數(shù)字2，需要a、b、g、e、d段接低電平，其它段接高電平，公共端接高電平。

LED數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示2種，靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管顯示字符時(shí)，其公共端恒定接低電平(共陰數(shù)碼管)或高電平(共陽數(shù)碼管)，每個(gè)數(shù)碼管的8段都由單片機(jī)的1個(gè)8位I/O端口連接，這種方式需要占用較多單片機(jī)I/O端口，硬件成本高，電路復(fù)雜，適用于顯示位數(shù)少的場合。動(dòng)態(tài)顯示就是利用人肉眼辨別時(shí)間差，合理控制每個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮的時(shí)間，給人一種是同時(shí)點(diǎn)亮的假象，讓多個(gè)數(shù)碼管看起來是同時(shí)被點(diǎn)亮的，呈現(xiàn)穩(wěn)定的顯示。這種方式可以節(jié)省單片機(jī)I/O端口，一塊單片機(jī)能控制多個(gè)數(shù)碼管顯示，硬件電路簡單。LED數(shù)碼管是靜態(tài)顯示還是動(dòng)態(tài)顯示，通過程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，在硬件電路設(shè)計(jì)上只需將數(shù)碼管公共端是直接接低電平(共陰數(shù)碼管)或高電平(共陽數(shù)碼管)，還是其公共端由單片機(jī)的I/O端口來控制，8段是每個(gè)數(shù)碼管分別由1個(gè)8位的I/O端口來控制，還是全部數(shù)碼管都由1個(gè)8位的I/O端口來控制。本系統(tǒng)采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，由P2.0、P2.1端口控制數(shù)碼管公共端即位選，P1口控制段選。

計(jì)數(shù)器的加分按鍵由P0.0端口外接上拉電阻，當(dāng)按鍵按下時(shí)相應(yīng)P0.0端口為低電平，當(dāng)按鍵斷開時(shí)，P0.0端口為高電平。

4 軟件設(shè)計(jì)

2位的分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器系統(tǒng)采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的方式，先第一個(gè)數(shù)碼管顯字，關(guān)閉第一個(gè)數(shù)碼管顯字，接著第二個(gè)數(shù)碼管顯字，關(guān)閉第二個(gè)數(shù)碼管顯字，再循環(huán)第一個(gè)數(shù)碼管顯字，關(guān)閉第一個(gè)數(shù)碼管顯字，第二個(gè)數(shù)碼管顯字，這樣的循環(huán)方式，顯示當(dāng)前的分?jǐn)?shù)。51單片機(jī)采用C語言編寫程序，先設(shè)計(jì)程序流程圖，如圖2所示。

圖2 程序流程圖

在主函數(shù)中，while無限循環(huán)，先if判斷是否有按鍵按下，并采用按鍵去抖動(dòng)，若有按鍵按下，分?jǐn)?shù)就加1，并判斷分?jǐn)?shù)是否達(dá)到100，若達(dá)到100，就立馬清0，重新開始計(jì)數(shù)，2位簡易分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的最大值為99。2個(gè)LED數(shù)碼管控制好顯示時(shí)間，利用人肉眼的視覺差形成2個(gè)LED數(shù)碼管同時(shí)顯示的假象，穩(wěn)定顯示2位的分?jǐn)?shù)值。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的主要程序?yàn)椋?/p>

P1=0xff;

P2=0x01;//選中第一個(gè)數(shù)碼管

P1=led[jishu/10];//顯示分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器的十位數(shù)值

delay(100);

P1=0xff;

P2=0x02;//選中第二個(gè)數(shù)碼管

P1=led[jishu%10];//顯示分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器的個(gè)位數(shù)值

delay(100);

在Keil C51軟件中編寫好程序，在Proteus仿真軟件中進(jìn)行如圖1搭建硬件電路，將.HEX文件下載至單片機(jī)中，調(diào)試程序，可以觀看到2個(gè)LED數(shù)碼管初始狀態(tài)為00，通過按鍵按下1次，會(huì)加1，當(dāng)顯示99后，再次按下按鍵，會(huì)顯示00，重新開始計(jì)數(shù)。若有實(shí)際的硬件電路，可以通過STC-ISP將程序下載至單片機(jī)，調(diào)試結(jié)果與仿真結(jié)果一致?？梢姡趩纹瑱C(jī)的2位簡易分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器軟硬件設(shè)計(jì)合理，達(dá)到控制要求，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。

5 結(jié)語

本文以2位簡易分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器軟硬件開發(fā)過程為例，通過硬件和軟件設(shè)計(jì)，在Keil C51軟件中編寫好程序，在Proteus軟件中仿真，查看分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器的仿真效果，得出基于單片機(jī)的分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)合理有效的結(jié)論。