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

單片機是集成在一塊芯片上的計算機，功能強大，質(zhì)量輕，體積小，供電方便，具有計算機的強大功能。單片機把中央處理器、存儲器、定時/計數(shù)器、各種輸入輸出接口等集成在一塊電路芯片上，相當(dāng)于一個微型的計算機。具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強、可靠性高、體積小、價格低、使用方便靈活、通用性強等優(yōu)點，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單片機價格低廉，使用廣泛，本文采用AT89C51型號單片機，搭建硬件電路，采用C語言進行程序設(shè)計，實現(xiàn)分?jǐn)?shù)計數(shù)器的設(shè)計。

2 分?jǐn)?shù)計數(shù)器

計數(shù)器用于很多場合，可以對一場比賽進行分?jǐn)?shù)計數(shù)，也能對貨品數(shù)量進行計數(shù)。根據(jù)不同要求可以采用不同的計數(shù)器。計數(shù)器可以根據(jù)計數(shù)范圍、計數(shù)方式等來選擇，如1位數(shù)計數(shù)、2位數(shù)計數(shù)器、3位數(shù)計數(shù)器，一般采用LED數(shù)碼管顯示，計數(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，就需多個按鈕。根據(jù)具體的控制要求，設(shè)計出專門的計數(shù)器。本文設(shè)計1個2位的簡易分?jǐn)?shù)計數(shù)器，只有1個按鈕，每按1次按鈕就加1分，采用LED數(shù)碼管進行顯示。

3 硬件設(shè)計

根據(jù)要求分析，2位計數(shù)器采用LED數(shù)碼管顯示，需要2個LED數(shù)碼管，1個按鈕進行加分，要1個按鈕按鍵，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單片機結(jié)合單片機最小系統(tǒng)電路就能設(shè)計，硬件電路如圖1所示。也可以根據(jù)分?jǐn)?shù)計數(shù)器的實際要求來更改設(shè)計，如分?jǐn)?shù)有加有減，可以增加一個減分按鈕，即在此電路上就能更改，變化很小，給設(shè)計留有余量，增加功能變換，更改簡單。

圖1 分?jǐn)?shù)計數(shù)器硬件圖

LED數(shù)碼管能清晰顯示字符，經(jīng)常用來作為單片機人機對話的輸出設(shè)備，用于顯示單片機系統(tǒng)的計算結(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)點的為8段，不含小數(shù)點的為7段數(shù)碼管，每一個發(fā)光二極管組成一個段，分別為a、b、c、d、e、f、g、dp段，并且以a段為8位二進制的低位，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)光二極管要點亮，需要連成一個完整電路，有電源端、接地端，發(fā)光二極管有正負(fù)極之分，正極對應(yīng)電源端，負(fù)極對應(yīng)接地端，如果將8個發(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)碼管就能點亮，如果公共端接低電平，該數(shù)碼管不能被點亮。采用共陽數(shù)碼管，需要某段被點亮，該段應(yīng)接上低電平，即對應(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)顯示和動態(tài)顯示2種，靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管顯示字符時，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)，每個數(shù)碼管的8段都由單片機的1個8位I/O端口連接，這種方式需要占用較多單片機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。動態(tài)顯示就是利用人肉眼辨別時間差，合理控制每個數(shù)碼管點亮的時間，給人一種是同時點亮的假象，讓多個數(shù)碼管看起來是同時被點亮的，呈現(xiàn)穩(wěn)定的顯示。這種方式可以節(jié)省單片機I/O端口，一塊單片機能控制多個數(shù)碼管顯示，硬件電路簡單。LED數(shù)碼管是靜態(tài)顯示還是動態(tài)顯示，通過程序設(shè)計來實現(xiàn)，在硬件電路設(shè)計上只需將數(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的I/O端口來控制，8段是每個數(shù)碼管分別由1個8位的I/O端口來控制，還是全部數(shù)碼管都由1個8位的I/O端口來控制。本系統(tǒng)采用數(shù)碼管動態(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)按鍵按下時相應(yīng)P0.0端口為低電平，當(dāng)按鍵斷開時，P0.0端口為高電平。

4 軟件設(shè)計

2位的分?jǐn)?shù)計數(shù)器系統(tǒng)采用LED數(shù)碼管動態(tài)顯示的方式，先第一個數(shù)碼管顯字，關(guān)閉第一個數(shù)碼管顯字，接著第二個數(shù)碼管顯字，關(guān)閉第二個數(shù)碼管顯字，再循環(huán)第一個數(shù)碼管顯字，關(guān)閉第一個數(shù)碼管顯字，第二個數(shù)碼管顯字，這樣的循環(huán)方式，顯示當(dāng)前的分?jǐn)?shù)。51單片機采用C語言編寫程序，先設(shè)計程序流程圖，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，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，重新開始計數(shù)，2位簡易分?jǐn)?shù)計數(shù)器計數(shù)的最大值為99。2個LED數(shù)碼管控制好顯示時間，利用人肉眼的視覺差形成2個LED數(shù)碼管同時顯示的假象，穩(wěn)定顯示2位的分?jǐn)?shù)值。數(shù)碼管動態(tài)顯示的主要程序為：

P1=0xff;

P2=0x01;//選中第一個數(shù)碼管

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

delay(100);

P1=0xff;

P2=0x02;//選中第二個數(shù)碼管

P1=led[jishu%10];//顯示分?jǐn)?shù)計數(shù)器的個位數(shù)值

delay(100);

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

5 結(jié)語

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