單片機(jī)系統(tǒng)的基本應(yīng)用

任務(wù)1跑馬燈任務(wù)2

花樣燈

任務(wù)3

鍵控彩燈

任務(wù)4數(shù)顯搶答器任務(wù)5簡易數(shù)字秒表任務(wù)1跑馬燈

1．了解跑馬燈的工作過程及控制原理。2．掌握單片機(jī)I/O口控制外部負(fù)載的合理設(shè)計(jì)方法。3．掌握移位和延時(shí)程序的設(shè)計(jì)方法。4．能夠設(shè)計(jì)并制作跑馬燈控制系統(tǒng)。本任務(wù)選用單片機(jī)P0口控制8只發(fā)光二極管（D1～D8），使D1～D8由低位到高位依次點(diǎn)亮，時(shí)間間隔為1s，如此往復(fù)循環(huán)，完成跑馬燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作。一、函數(shù)1．標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)即由C編譯系統(tǒng)提供的庫函數(shù)，在C編譯系統(tǒng)中將一些獨(dú)立的功能模塊編寫成公用函數(shù)，并將它們集中存放在系統(tǒng)的函數(shù)庫中，供程序設(shè)計(jì)時(shí)使用。豐富的可直接調(diào)用的庫函數(shù)是C51功能強(qiáng)大及其高效率的重要體現(xiàn)之一，多使用庫函數(shù)可使程序代碼簡化，結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護(hù)。2．用戶自定義函數(shù)即用戶根據(jù)自己的需要而編寫的函數(shù)。從函數(shù)定義的形式上可以劃分為無參數(shù)函數(shù)、有參數(shù)函數(shù)和空函數(shù)。無參函數(shù)的一般形式為：函數(shù)類型函數(shù)名（void）

//用“void”聲明該函數(shù)為//無參函數(shù)

{局部變量定義；函數(shù)體語句；}其中：函數(shù)類型定義了該函數(shù)返回值的類型。函數(shù)名后括號(hào)中的“void”，聲明了該函數(shù)為無參函數(shù)，可以省略不寫，但括號(hào)不能少。局部變量的定義就是對在本函數(shù)內(nèi)部使用的變量進(jìn)行定義，只在本函數(shù)內(nèi)部有效。它與全局變量相對，全局變量則是定義在函數(shù)的外部，一般位于程序的頂部，它的有效范圍為從定義開始的位置到源文件結(jié)束。二、移位運(yùn)算符C51中移位運(yùn)算符主要包括左移（“<<”）和右移（“>>”）兩種?！?lt;<”運(yùn)算符的功能是：將一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的各位全部左移若干位，移動(dòng)過程中，高位舍棄，低位補(bǔ)0。“>>”運(yùn)算符的功能是：將一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的各位全部右移若干位，移動(dòng)過程中，低位舍棄，高位補(bǔ)0。［例］將無符號(hào)字符型變量m中的數(shù)據(jù)左環(huán)移n（n<8）位。解：a=m<<n;

//將變量m左移n位后并賦給中間變量a

b=m>>(8-n);/*將變量m右移（8-n）位后并賦給中間變量b

m=a|b;

/*將兩個(gè)中間變量中的數(shù)據(jù)進(jìn)行按位“或”運(yùn)算再返還給變量m，則此時(shí)m中的數(shù)據(jù)即為左環(huán)移n位后的結(jié)果*/在C51中若要實(shí)現(xiàn)匯編移位指令中的環(huán)移功能，可以借助C編譯系統(tǒng)中的“INTRINS.H”庫函數(shù)，其中包含了字符循環(huán)左移（_crol_）和字符循環(huán)右移（_cror_）指令。三、延時(shí)程序采用for三重循環(huán)語句結(jié)構(gòu)完成1s延時(shí)的函數(shù)：voiddelay1s(void)

//定義一個(gè)延時(shí)為1s的無參函數(shù)供主函數(shù)調(diào)用{unsignedchari,j,k;

//局部變量定義/*最外層循環(huán)共要循環(huán)10次，共計(jì)延時(shí)約為10×0.1s=1s*/

for(k=10;m>0;m--)

/*次外層循環(huán)共要循環(huán)200次，共計(jì)延時(shí)約為200×0.5ms=100ms=0.1s*/

for(j=200;j>0;j--)

/*內(nèi)循環(huán)共要循環(huán)250次，共計(jì)延時(shí)約為250×2μs=500μs=0.5ms*/

for(i=250;i>0;i--);

/*最內(nèi)層的循環(huán)體為空，循環(huán)每次延時(shí)2μs*/}此延時(shí)函數(shù)的時(shí)間延時(shí)只是近似1s，而并非標(biāo)準(zhǔn)的1s時(shí)間，因此只能用于對延時(shí)時(shí)間要求不是很準(zhǔn)確的場合，若要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的1s延時(shí)，可利用以后學(xué)習(xí)的定時(shí)器功能來完成。一、設(shè)計(jì)并繪制電路原理圖單片機(jī)對LED控制的連接電路有兩種方式，如下圖所示。相應(yīng)地，硬件上的不同連接方式也決定了軟件上的不同控制邏輯，見下表：端口控制邏輯電平端口LED狀態(tài)邏輯電平P0.0亮0滅1P2.0亮1滅0在Proteus中根據(jù)上述分析繪制跑馬燈電路原理圖：AT89S51的I/O口在外接負(fù)載時(shí)，要注意其負(fù)載能力。P0每位可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，每一位最大的吸收電流為26mA，P1～P3口每位可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，每一位最大的吸收電流為15mA。輸出端口說明P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0D8D7D6D5D4D3D2D111111110D1亮11111101D2亮11111011D3亮11110111D4亮11101111D5亮11011111D6亮10111111D7亮01111111D8亮二、程序設(shè)計(jì)跑馬燈的程序設(shè)計(jì)流程圖如下圖所示：根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路編寫完整的程序：三、程序輸入及仿真運(yùn)行四、制作硬件電路并調(diào)試步驟說明示范圖片1．材料準(zhǔn)備參照元器件清單表步驟說明示范圖片2．硬件焊接電路板元件布局圖電路板背面步驟說明示范圖片3．程序燒入、運(yùn)行并調(diào)試跑馬燈運(yùn)行圖單擊此處返回目錄任務(wù)2花樣燈

1．了解花樣燈的工作過程。2．掌握查表程序的設(shè)計(jì)方法。3．掌握有參函數(shù)的調(diào)用及聲明。4．能夠設(shè)計(jì)并制作花樣燈控制系統(tǒng)。花樣燈是按時(shí)間依次讓燈呈現(xiàn)出規(guī)定的花樣，相對跑馬燈來說，控制的顯示數(shù)據(jù)之間沒有規(guī)律，顯示上具有多變性和復(fù)雜性，如下圖所示。本任務(wù)使用單片機(jī)的P2口控制8只LED，循環(huán)實(shí)現(xiàn)如下圖所示四種花樣的顯示，完成花樣燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作。花樣D8D7D6D5D4D3D2D1數(shù)據(jù)編碼一☆☆☆☆☆☆☆☆0xff★☆☆☆☆☆☆★0x7e★★☆☆☆☆★★0x3c★★★☆☆★★★0x18★★★★★★★★0x00★★★☆☆★★★0x18★★☆☆☆☆★★0x3c★☆☆☆☆☆☆★0x7e注：★燈亮☆燈滅花樣D8D7D6D5D4D3D2D1數(shù)據(jù)編碼二☆☆☆☆☆☆☆☆0xff★☆☆☆☆☆☆☆0x7f★★☆☆☆☆☆☆0x3f★★★☆☆☆☆☆0x1f★★★★☆☆☆☆0x0f★★★★★☆☆☆0x07★★★★★★☆☆0x03★★★★★★★☆0x01★★★★★★★★0x00花樣D8D7D6D5D4D3D2D1數(shù)據(jù)編碼三☆☆☆☆☆☆☆☆0xff☆★☆★☆★☆★0xaa★☆★☆★☆★☆0x55☆★☆★☆★☆★0xaa★☆★☆★☆★☆0x55四☆☆☆☆☆☆☆☆0xff☆☆☆☆★★★★0xf0★★★★☆☆☆☆0x0f☆☆☆☆★★★★0xf0★★★★☆☆☆☆0x0f☆☆☆☆☆☆☆☆0xff一、有參函數(shù)定義的一般形式

函數(shù)類型函數(shù)名（形式參數(shù)表）

//表明該函數(shù)帶有參數(shù)傳遞{局部變量定義；函數(shù)體語句；}2．形參與實(shí)參形參：在定義函數(shù)時(shí)，函數(shù)名后面括號(hào)中的變量稱為“形參”，定義時(shí)不賦值，由調(diào)用函數(shù)將值傳遞過來。實(shí)參：主調(diào)用函數(shù)后面括號(hào)中的表達(dá)式為“實(shí)參”，實(shí)參必須有確定的值。該值在調(diào)用時(shí)按對應(yīng)關(guān)系傳遞給形參。注意：在C語言中參數(shù)的傳遞是單向的。函數(shù)返回值通過“return（x）”返回，返回值是通過函數(shù)名帶回的，所以一個(gè)函數(shù)只能有一個(gè)返回值。1．函數(shù)返回值［例］定義一個(gè)返回兩個(gè)整數(shù)的最大值的函數(shù)max()。

intmax(intx,inty){intz;z=x>y?X：y;return（z）;}二、有參函數(shù)調(diào)用的一般形式函數(shù)名（實(shí)參列表）；有參函數(shù)在被調(diào)用時(shí)，調(diào)用函數(shù)將要運(yùn)算的對象以實(shí)參的形式傳遞給有參函數(shù)，有參函數(shù)再將運(yùn)算對象帶入自身函數(shù)體內(nèi)執(zhí)行，并在函數(shù)結(jié)束時(shí)返回結(jié)果供調(diào)用它的函數(shù)使用。三、自定義函數(shù)的聲明

[extern]函數(shù)類型函數(shù)名（形式參數(shù)表）；函數(shù)的聲明是把函數(shù)名字、函數(shù)類型以及形參的類型、個(gè)數(shù)和順序通知編譯系統(tǒng)，以便調(diào)用函數(shù)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行對照檢查。函數(shù)的聲明后面要加分號(hào)。如果聲明的函數(shù)在文件內(nèi)部，則聲明時(shí)不用加“extern”，如果聲明的函數(shù)不在文件內(nèi)部，而在另一個(gè)文件中，聲明時(shí)須帶“extern”，指明使用的函數(shù)在另一個(gè)文件中。［例］有參函數(shù)的調(diào)用及聲明。

#include<AT89X51.H>//包含AT89單片機(jī)寄存器的頭文件#include<stdio.h>/*包含I/O庫函數(shù)文件(它當(dāng)中定義了C51中的輸入和輸出函數(shù))*/

intmax(intx,inty);//對max函數(shù)進(jìn)行聲明main()//主函數(shù){inta,b;SCON=0x50;//串口工作于方式1，10位異步收發(fā)

TMOD=0x20;//定時(shí)器T1工作于方式2自動(dòng)裝入模式

TH1=0xFD;//晶振11.0592MHz，波特率：9600TI=1;//串行發(fā)送中斷標(biāo)志位置"1"TR1=1;//啟動(dòng)定時(shí)器T1while(1){printf(“pleaseinputa,b:\n”);//輸入要比較的兩個(gè)整數(shù)

scanf("%d,%d",&a,&b);printf(“maxis:%d\n”,max(a,b)

);//調(diào)用有參函數(shù)并輸出最大值

}

}intmax(intx,inty){intz;z=(x>=y?x:y);//通過表達(dá)式求出最大值

return(z);//返回最大值}在C51程序設(shè)計(jì)中，一般將被調(diào)用函數(shù)放置于主調(diào)用函數(shù)之前，這樣可以在程序頭省去對被調(diào)用函數(shù)的聲明。一、設(shè)計(jì)并繪制花樣燈電路原理圖

注意：在實(shí)際應(yīng)用電路中，若接節(jié)日彩燈或廣告霓虹燈，一般還需外加隔離電路（光電耦合器）和驅(qū)動(dòng)電路（如晶閘管或繼電器等）。二、程序設(shè)計(jì)根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路編寫完整的程序：三、程序輸入與仿真調(diào)試四、制作硬件電路并調(diào)試步驟說明示范圖片1．焊接前材料準(zhǔn)備參照元器件清單表步驟說明示范圖片2．硬件焊接電路板元件布局圖電路板背面步驟說明示范圖片3．程序燒入、運(yùn)行并調(diào)試彩燈運(yùn)行圖單擊此處返回目錄任務(wù)3鍵控彩燈

1．了解按鍵的特性及其與單片機(jī)端口的連接方法。2．掌握獨(dú)立式按鍵掃描及軟件消抖的編程原理。3．能夠設(shè)計(jì)并制作鍵控彩燈控制系統(tǒng)。本任務(wù)使用單片機(jī)P0口連接8只彩色LED，按照綠、黃、紅順序依次排開。使用兩個(gè)獨(dú)立按鍵，分別連接在單片機(jī)的P2.0和P2.1口，實(shí)現(xiàn)下表中所述的控制要求，完成鍵控彩燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作。按鍵編號(hào)連接端口按鍵功能說明K1P2.0右移按鍵，彩燈右移一位點(diǎn)亮K2P2.1左移按鍵，彩燈左移一位點(diǎn)亮一、鍵盤及其接口矩陣鍵盤獨(dú)立鍵盤獨(dú)立式鍵盤的各個(gè)按鍵之間相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵獨(dú)立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機(jī)并行I/O口或其他接口芯片的并行接口）相連。常見的接口電路如下圖所示。獨(dú)立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，將占用較多接口線，因此，獨(dú)立式按鍵常用于按鍵數(shù)量不多的場合。二、按鍵的機(jī)械特性為了保證每按下一次按鍵，單片機(jī)僅作一次鍵輸入處理，就需要消除因按鍵抖動(dòng)現(xiàn)象而引起的錯(cuò)誤動(dòng)作，常用的去除抖動(dòng)的方法有硬件消抖和軟件消抖兩種。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)所接按鍵較多時(shí)，為了減少外圍電路，通常利用軟件延時(shí)的方法來消除抖動(dòng)。三、硬件消抖電路一、設(shè)計(jì)并繪制鍵控彩燈電路原理圖二、程序設(shè)計(jì)軟件消抖流程圖鍵控彩燈程序設(shè)計(jì)流程圖根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路編寫完整的程序：三、程序輸入與仿真運(yùn)行四、制作硬件電路并調(diào)試步驟說明示范圖片1．焊接前材料準(zhǔn)備參照元器件清單表步驟說明示范圖片2．硬件焊接電路板元件布局圖電路板背面步驟說明示范圖片3．程序燒入、運(yùn)行并調(diào)試彩燈左移運(yùn)行圖單擊此處返回目錄任務(wù)4數(shù)顯搶答器1．了解數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及顯示原理。2．掌握對獨(dú)立式鍵盤掃描、處理的編程方法。3．掌握單片機(jī)控制LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示方法。4．能夠設(shè)計(jì)并制作數(shù)顯搶答器控制系統(tǒng)。搶答器是一種廣泛應(yīng)用于各種競賽活動(dòng)、搶答現(xiàn)場中的重要設(shè)備，如下圖所示，它能迅速、準(zhǔn)確、公正、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手，保證比賽的順利有效進(jìn)行，同時(shí)增加比賽的刺激性和娛樂性。

1．每個(gè)參賽選手控制一個(gè)按鈕，按動(dòng)按鍵發(fā)出搶答信號(hào)。2．競賽主持人控制兩個(gè)功能按鈕，一個(gè)為搶答開始按鈕，另一個(gè)為搶答結(jié)束后的復(fù)位按鈕。3．競賽開始后，先由主持人按下?lián)尨痖_始按鈕，8位參賽選手通過按下各自的搶答按鈕進(jìn)行搶答。哪位選手最先按下?lián)尨鸢粹o，數(shù)碼管就顯示其對應(yīng)的號(hào)碼，表示該名選手搶答成功并且鎖定，其他參賽選手再搶答無效。4．競賽結(jié)束時(shí)，再由主持人按下復(fù)位按鈕，本輪搶答結(jié)束，為下一輪搶答做準(zhǔn)備。本任務(wù)主要是設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡易的8路搶答器，不考慮音響、燈光等輔助設(shè)施。通過獨(dú)立鍵盤輸入搶答信號(hào)，一位數(shù)碼管顯示出搶答者的號(hào)碼，具體控制要求如下：一、LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)

數(shù)碼管是由幾個(gè)發(fā)光二極管組合在一起而形成的顯示裝置，組成數(shù)碼管的每一個(gè)發(fā)光二極管稱為數(shù)碼管的“段”。以一位8段LED數(shù)碼管為例，共有7段組成一個(gè)“日”字形，分別定義為數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g段，另外再加上一個(gè)用于小數(shù)顯示的小數(shù)點(diǎn)dp(或h)段。數(shù)碼管根據(jù)不同碼段之間的組合，來顯示數(shù)字0～9或簡單的字符信息。由于組成數(shù)碼管的發(fā)光二極管自身具有極性，所以組成的數(shù)碼管也有共陰極和共陽極之分。共陽極共陰極二、單片機(jī)與數(shù)碼管之間的連接共陽數(shù)碼管共陰數(shù)碼管當(dāng)使用單片機(jī)的I/O口控制一位顯示輸出時(shí)，最好選擇共陽極數(shù)碼管，這樣電路采用灌電流方式，數(shù)碼管直接受控于I/O端口，否則，當(dāng)連接的是共陰極數(shù)碼管時(shí)，需在I/O口上添加上拉電阻來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。三、數(shù)碼管字符顯示原理a）共陰數(shù)碼管顯示以單片機(jī)I/O口輸出顯示“5”的字形數(shù)據(jù)為例：b）共陽數(shù)碼管顯示四、數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式靜態(tài)顯示即當(dāng)數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)碼段的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，只要通過改變數(shù)碼管各碼段引腳的高低電平，就能達(dá)到顯示不同字符的目的。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)碼管顯示穩(wěn)定無閃爍，亮度高，軟件控制比較容易；缺點(diǎn)：占用單片機(jī)較多的I/O口資源，且硬件接線復(fù)雜。五、一位數(shù)碼管循環(huán)顯示“0～9”1．電路原理圖2．“0～9循環(huán)顯示”程序一、設(shè)計(jì)并繪制8路數(shù)顯搶答器電路原理圖二、程序設(shè)計(jì)本任務(wù)的程序設(shè)計(jì)主要包括數(shù)碼管顯示程序和按鍵處理程序兩部分。根據(jù)設(shè)計(jì)思路編寫的8路數(shù)顯搶答器程序?yàn)椋?路數(shù)顯搶答器程序設(shè)計(jì)流程圖如右圖所示。三、程序輸入與仿真運(yùn)行四、制作硬件電路并調(diào)試步驟說明示范圖片1．焊接前材料準(zhǔn)備參照元器件清單表步驟說明示范圖片2．硬件焊接電路板元件布局圖電路板背面DIP底座步驟說明示范圖片3．程序燒入、運(yùn)行并調(diào)試2號(hào)搶答成功運(yùn)行圖單擊此處返回目錄任務(wù)5簡易數(shù)字秒表1．了解秒表的工作過程。2．掌握單片機(jī)控制LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示字符方法。3．能夠設(shè)計(jì)并制作簡易數(shù)字秒表。本任務(wù)利用軟件延時(shí)計(jì)數(shù)法，通過四位一體數(shù)碼管輸出顯示，實(shí)現(xiàn)簡易秒表的計(jì)時(shí)功能，具體控制要求如下：1．單片機(jī)的P0口控制四位一體LED共陰數(shù)碼管的各碼段端；2．單片機(jī)的P2.0～P2.3引腳外接驅(qū)動(dòng)電路控制數(shù)碼管的四個(gè)位選端；3．四位數(shù)碼管分別用來顯示一位分計(jì)時(shí)和兩位秒計(jì)時(shí)，中間用“—”隔開。動(dòng)態(tài)顯示是將所有數(shù)碼管的8個(gè)段碼端的同名端并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位的輸出口控制，每位數(shù)碼管的公共端（稱位線）由各自獨(dú)立的輸出口線控制，如圖所示。它解決了數(shù)碼管靜態(tài)顯示時(shí)占用較多的I/O口資源的問題。

在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間一般要控制在1～2ms，這樣由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃