单片机与控制实验（1）——数码管显示

一、实验目的和要求

　　初步学习和掌握MCS-51的体系结构和汇编语言，了解Keil编程环境和程序下载工具的使用方法。了解数码管输出的原理及编程方式。

二、实验设备

　　单片机测控实验系统

　　STC-ISP程序下载工具

　　Keil开发环境

三、实验内容

　　使用MCS-51汇编语言编写程序，完成如下功能：

　　1. 使用三个数码管显示十进制数值（001~999，可任意设置）；

　　2. 每隔1秒，该数值自动减一，直到归零;

　　3. 归零后的下一秒，显示一个新的十进制数值（001~999，可任意设置）；

　　4. 每隔1秒，新数值继续自动减一，直到再次归零；

　　5. 重新执行步骤1，循环往复。

　　6. 当开关S1按下时，暂停计数；S1松开时，恢复计数。

四、实验步骤

1. 预习

　　参考辅助材料，学习8031汇编语言以及实验原理。阅读七段数码显示器的电路图，重点理解右边的LED显示部分。

2. 简单程序录入和调试

　　MCS51单片机汇编语言的基本格式比较简单，程序中可以使用通用寄存器或者内存单元进行计算。另外，单片机的程序没有退出到操作系统的概念，一般都是死循环程序。

　　一个简单程序举例如下：　　

ORG 0000H ;复位起始地址
LJMP START ;中间地址保留给中断向量表
ORG 0040H ;程序实际起始地址
START: ; 实际程序
MOV 40H, #0H

NEXT:

MOV A, 40H
INC A
MOV P0, A ;板上的P0口连接到8个LED，可以监视运行状态
MOV 40H, A
MOV R6, #0FFH
L2:MOV R7, #0FFH
L1:DJNZ R7, L1
DJNZ R2, L2 ;延迟一段时间
LJMP NEXT
END

　　参考Keil使用指南，创建工程，设置工程参数，添加ASM文件，并录入上面的简单程序。确保无编译和链接错误。

3. 程序调试　

　　使用Keil环境可以进行仿真调试。进入“调试”菜单，开始调试，可以单步运行，或者先设置断点然后连续运行；可以在调试过程中观察各个寄存器的值。还可以在sys区域观察到当前程序执行的时间。

4. 编写程序，完成功能

A、显示

　　本开发平台有3个数码管，使用串行方式连接在一起，具体电路参见实验原理。要想输出一个字形码，就需要从高位到低位依次向移位寄存器输出8个比特。移位寄存器的数据线和时钟线分别接到单片机的P4.5和P4.4管脚，可以使用MCS-51里面的位操作指令进行输出。连续输出3个字形，24个bit之后，欲显示的字形将稳定地显示在数码管上，程序可以转而执行其他工作。

　　七段字形的编码方式需要通过实验获得。这些编码作为程序中的常数，使用DB命令存放。在程序中，需要将数值转换为相应的字形编码，可以使用MOVC指令来完成。

B、时间

　　本实验要求的按时间显示数值，直接通过软件延时来实现，也就是若干次空循环来完成，不需要使用单片机内部的定时器等硬件资源。由于在后面的实验中也要使用软件的延时子程序，因此这里预先做准备。
　　本单片机使用12MHz主频的晶振，结合MCS51的体系结构和指令时序，可以计算每条指令的运行时间，也可以通过Keil环境的调试功能来检查程序片段的执行时间。当然，最后可以通过程序执行的总体运行结果来调整时间。希望同学能够通过这个过程，得出一段能够精确到1ms的子程序，重复调用1000次，从而达到定时1s的效果。从而完成实验要求2。

C、开关

　　在本实验板上设置了两个开关S1和S2，分布接入到8031的P3.6和P3.7，开关按下时，输入0，松开时，输入1。利用这个开关完成实验要求3。

　　五、实验原理

　　本实验采用3个74HC164级联控制三个数码管的显示，具体实验原理如下图所示。其中使用单片机P4.5作为模拟串口数据，使用P4.4模拟串口时钟，CLR端接高电平。使用上一个74HC164的Q7作为下一个74HC164的输入端。

　　P4 EQU 0C0H
　　MOV P4.4, C
　　SETB P4.4

　　74HC164是高速CMOS 器件。74HC164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（A或B）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。

　　时钟 (CLK) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到Q0，Q0 是两个数据输入端（A和B）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。

　　主复位(CLR)输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。

六、实验代码

ORG 0000H
LJMP START
ORG 0050H

START:

;初始化
P4 EQU 0C0H ;申明P4地址
P4SW EQU 0BBH ;申明P4SW地址
CLK EQU P4.4
DAT EQU P4.5
KEY EQU P3.6
MOV DPTR,#TAB
MOV P4SW,#70H ;STC单片机P4.4、P4.5、P4.6有第二功能定义，
;通过P4SW寄存器设置这三口的工作方式，当为1时，是通用I/O
;此处设置P4.4、P4.5、P4.6为通用I/O

AGAIN: ;死循环

;显示设置
MOV R6,#3 ;个位设置
MOV R5,#4 ;十位设置
MOV R4,#5 ;百位设置

LOOP:

;显示各位
MOV A,R6
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
LCALL DISPLAY ;调用显示函数

MOV A,R5
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
LCALL DISPLAY

MOV A,R4
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
LCALL DISPALY

LCALL DELAY ;调用延迟函数

;按下key时的暂停操作
PAUSE:NOP
JNB KEY,PAUSE

;数字调整，减一操作
;个位调整
DEC R6 ;每次计数减一
CJNE R6,#0FFH,LOOP ;R6!=-1时跳转到LOOP，否则，顺序执行
MOV R6,#9

;十位调整
DEC R5
CJNE R5,#0FFH,LOOP
MOV R5,#9

;百位调整
DEC R4
CJNE R4,#0FFH,LOOP
;MOV R4,#9

LJMP AGAIN

;显示子程序
DISPLAY:
MOV R0,#8
COUNT:
CLR CLK ;P1.0输出低电平
RLC A ;将存放在A中欲显示的字符码右移一位(最低位存入C)
MOV DAT,C
SETB CLK ;P1.0输出高电平
DJNZ R0,COUNT ;R0减1不为0转到SLP 继续输出字形码
RET

;延时子程序
DELAY:
MOV R1,#0FFH
STOP:
MOV R2,#1FH
DEL:
MOV R3,#0FFH
DJNZ R3,$
DJNZ R2,DEL
DJNZ R1,STOP

RET

TAB:
DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
END