- 單片機技術及應用（C語言版）
- 周永東主編
- 400字
- 2019-01-09 13:43:52
第二單元 單片機系統的顯示界面
綜合教學目標
學習單片機編程常用軟件的操作；掌握單片機系統中常用顯示模塊的程序設計。
主要內容
項目2.1流水燈、項目2.2電子秒表、項目2.3電子鐘、項目2.4兩級菜單的顯示界面。分別介紹了發光二極管、數碼管、字符型液晶顯示器RTC1602、點陣型液晶顯示器TG12864。
崗位技能綜合職業素質要求：學會操作相關軟件，處理燒錄芯片時的問題。
單片機系統的顯示界面主要用于顯示系統的參數設置界面、輸出結果界面、系統運行中的報警界面等。友好的人機界面將使產品大受歡迎。
本教材中選用“YL-236型單片機控制功能實訓考核裝置”作為項目實訓平臺。
YL-236裝置將單片機系統中的常用顯示模塊集中在MCU04顯示模塊上，其照片如圖2-1所示。其中包含有：8個發光二極管LED0～LED7（左下）、8個數碼管顯示器（右下）、1個RTC1602液晶顯示器（左中）、1個TG12864液晶顯示器（左上）、點陣顯示器（右上）。
圖2-1 YL-236裝置中的MCU04顯示模塊
項目實訓中可以根據需要選擇其中某個或多個顯示器來使用。
項目2.1 流水燈
2.1.1 項目描述
本項目要求采用顯示模塊MCU04中的發光二極管（LED），完成下述任務。
任務2-1-1：點亮一個發光二極管。
① 了解發光二極管工作原理。
② 點亮第一個發光二極管。
③ 掌握51單片機仿真器的使用，以及MedWin軟件操作。
任務2-1-2：實現二極管閃爍。
① 了解ms級延時C51函數。
② 用單片機控制發光二極管閃爍。
③ 掌握雙龍下載器的使用。
任務2-1-3：實現流水燈。
2.1.2 項目分析
通過項目描述，實現本項目需完成以下兩方面工作。
①硬件電路的設計：以單片機為控制中心，通過其I/O口與MCU04顯示模塊中的發光二極管連接，構成單片機控制LED電路。
② 程序的設計：用C51語言編寫單片機控制LED程序。
2.1.3 任務2-1-1 點亮一個發光二極管
一、發光二極管的工作原理
在YL-236裝置的MCU04顯示模塊中，發光二極管部分的照片如圖2-2（a）所示。
LED顯示電路工作原理分析：如圖2-2（b）所示，當LED0端口為低電平時，發光二極管D1正向導通，有電流通過D1，D1發光；當LED0端口為高電平時，發光二極管D1無法導通，D1熄滅。將單片機某I/O口與LED0端口相連，通過軟件控制該I/O輸出高或低電平就可以使D1滅或亮。圖2-2（b）中，電阻R1起限流作用，調整R1阻值大小就可以調節LED的亮度。
圖2-2 MCU04顯示模塊中的發光二極管照片與電路原理圖
二、任務2-1-1的實施
1.硬件電路的設計
本任務需要使用YL-236裝置中的三個模塊：MCU01主機模塊、MCU02電源模塊、MCU04顯示模塊。模塊接線圖如圖2-3所示，其中主機模塊的P0.0～P0.7用排線接到顯示模塊的LED0～LED7；主機模塊、顯示模塊的+5V電源端子接到電源模塊的+5V端口；主機模塊、顯示模塊的GND端子接到電源模塊的GND端口。
圖2-3 單片機控制LED顯示的模塊接線圖
2.點亮LED0的程序設計
（1）單片機P0.0的輸出電平與LED0狀態關系表
由LED工作原理可知，單片機P0.0的輸出電平與LED0狀態關系見表2-1。
表2-1 P0.0的輸出電平與LED0狀態關系表
（2）用C51語言指令控制單片機I/O口輸出
在C51語言中，使單片機P0.0輸出低電平，只需要寫語句“P0^0=0；”；使單片機P0.0輸出高電平，只需要寫語句“P0^0=1；”。
任務2-1-1的程序清單
#include＜at89x52.h＞ //頭文件包含
sbit LED0=P0^0； //定義符號LED0為單片機的P0.0引腳
void main（）
{
LED0=0； //P0.0輸出低電平，燈亮；P0.0輸出高電平，燈熄滅
while（1）； //死循環
}
【知識鏈接一】C程序的基礎知識
1.C程序的基本結構
（1）C程序是由函數構成的。一個C源程序至少且僅包含一個main函數，也可以包含一個main函數和若干其他函數。函數體的內容由一對{}括起來，{}必須成對出現。
（2）main為“主函數”，一個C程序總是從main函數開始執行，而且不論main函數在整個程序中的位置如何。
（3）C程序書寫格式自由，一行內可以寫幾條語句，一條語句可以分寫在多行上。
（4）每條語句和數據聲明的最后必須有一個分號，分號是C語句的必要組成部分，不可缺少。既使程序中最后一條語句也應包含分號。
2.文件包含
“文件包含”是指一個文件將另外一個文件的內容全部包含進來。其格式為：
① #include＜文件名稱＞
② #include＂文件名稱＂
兩者區別在于＂＂和＜ ＞。＜ ＞表示頭文件在編譯器（KeilC51）的安裝目錄下，一般都是編譯器自帶的頭文件；＂＂表示頭文件在當前工程的目錄下，一般都是自己寫的頭文件，編譯器將首先查找當前目錄，如果沒找到，則在由菜單選擇項所確定的目錄中查找。
任務2-1-1的程序中，文件at89x52.h在路徑“C：\Keil\C51\INC\Atmel”中，是編譯器自帶的頭文件，它主要定義了ATMEL公司的52單片機內部相關資源名稱，以方便使用。
3.KeilC51單片機集成開發環境
KeilC51是目前使用最廣泛的基于51單片機內核的開發平臺之一，其編譯器性能較好。
4.使用KeilC的關鍵字sbit來定義位變量
第一種方法：sbit位變量名=位地址值
第二種方法：sbit位變量名=字節名稱^序號
第三種方法：sbit位變量名=字節地址值^序號
例如：sbitOV=PSW^2。
三、單片機仿真器及其軟件的使用
YL-236裝置中配備的仿真器為南京萬利公司的“insight”51單片機仿真器。YL-236裝置的主機模塊與仿真器模塊的照片如圖2-4所示。先將主機模塊上的AT89S52芯片取下，將仿真頭的引腳插在主機模塊的卡座上并卡緊，注意仿真頭上的弧形標識對準卡座的上方，方向不能插反；然后按照圖2-3連接好系統接線，并接通仿真器的電源與USB線等。
圖2-4 主機模塊與仿真器模塊照片
“insight”51單片機仿真器的配套軟件為MedWin3.0，它是一個國產的中文界面單片機集成開發平臺，比KeilC51更好操作，但其自身不帶C51編譯器，需要調用KeilC編譯器。操作步驟如下。
（1）啟動MedWin3.0，創建項目，命名后保存。
啟動MedWin3.0后，在菜單“項目管理”中選擇“新建項目”，如圖2-5所示。
圖2-5 新建項目
彈出對話框如圖2-6所示。點擊其中“設備驅動程序名”后的下拉按鈕，出現若干選項：第一項“InsightME-52HUFamilyEmulator”為上述萬利仿真器，使用仿真器時應選此項；第二項“80C51SimlatorDriver”為軟件仿真，若不連接仿真器，只是使用MedWin編譯源程序產生機器碼，可以選此項。這里選中第一項，點擊“下一步”按鈕。
圖2-6 選擇驅動程序
在第2步的對話框中，選擇如圖2-7所示編譯工具，然后點擊“下一步”按鈕。
圖2-7 選擇編譯工具
然后，在圖2-8所示對話框中輸入項目名稱led0，然后點擊“下一步”按鈕。其存儲位置一般默認在計算機最后一個盤符根目錄的“WorkDir”文件夾下。也可點擊“瀏覽”按鈕自行設定存儲路徑。
圖2-8 輸入項目名稱
然后，在圖2-9所示對話框中，設置有關參數。點擊“片內RAM長度”選項后的下拉按鈕，選擇“256”，可以充分使用AT89S52的256字節RAM空間；若單片機為AT89S51，則選擇“128”。
圖2-9 設置有關參數
點擊“操作系統內核”選項后的下拉按鈕，出現3個選項：① None（無操作系統）；② RTX＿51Tiny（RTX＿51操作系統精簡版）；③ PTX＿51Full（RTX＿51操作系統完整版）。本項目沒有采用操作系統，因此選①。
在圖2-9中，點擊“完成”按鈕后，項目led0就創建完畢，如圖2-10所示。
圖2-10 新建項目完成
（2）創建源程序文件并命名保存。
選中菜單“文件/新建”，創建源程序文件，如圖2-11所示。
圖2-11 創建源程序文件
選中菜單“文件/另存為”，保存為C語言程序文件格式，如圖2-12所示。
圖2-12 另存為C語言程序文件格式
（3）導入/添加C文件到項目中。
用鼠標右鍵單擊源文件組，在彈出的菜單中選擇“導入/添加文件”，如圖2-13所示。
圖2-13 導入C文件（一）
找到之前保存的C文件，并添加到項目工程的源文件組中去，如圖2-14所示。
導入源程序文件后，源文件組將出現該文件，如圖2-15所示。
（4）在剛導入的C文件中編寫C51程序。
在程序編輯區輸入C51源程序，如圖2-16所示。
圖2-14 導入C文件（二）
圖2-15 文件導入完成
圖2-16 輸入C51程序
（5）編譯C51程序。
由于MedWin3.0自身不帶編譯器，因此選中菜單“設置/設置編譯工具”，如圖2-17所示。
圖2-17 設置編譯工具（一）
在如圖2-18所示的對話框中，設置編譯工具及相關文件路徑后，點擊“確定”按鈕。
圖2-18 設置編譯工具（二）
選中菜單“項目管理/重新產生代碼并裝入”，如圖2-19所示。
用軟件編譯C51源程序，如果編譯鏈接無誤，將產生機器碼，并裝入仿真器；若編譯鏈接中發現錯誤（主要為語法錯誤），則會在構建窗口中提示錯誤種類，無法產生機器碼，此時應該改正程序中的錯誤，重新產生代碼并裝入，正確后，才能進行下一步。
圖2-19 重新產生代碼并裝入
（6）調試C51程序。
如圖2-20所示，點擊菜單“調試”后出現的下拉菜單中，可選擇以“單步”或“全速運行”等方式運行程序，并在系統中查看程序運行結果。若結果有錯（主要為邏輯錯誤），則應改正程序錯誤，重新編譯、調試，直至程序運行結果完全正確。
圖2-20 調試C51程序
本任務中，以“全速運行”方式運行程序后，將會看到LED0亮。在“調試”狀態下，選中菜單“調試/返回監控”，將退出“調試”狀態。
2.1.4 任務2-1-2 實現二極管閃爍
一、任務要求
本任務要求單片機控制LED0間隔1s閃爍，就是讓LED0燈亮1s，然后熄滅1s，反復循環不止。
二、任務2-1-2的實施
1.硬件電路的設計
硬件電路的設計與任務2-1-1相同。
2.程序的設計
（1）下面函數為ms級延時函數。
void delayms（uintx） //當晶振為12MHz，延時xms，
{ //用MedWin3.0的 “查看/工具欄/時間”功能測試結果：
uchar i； //x小于500（ms）時，最大誤差為17μs；
while（x--） //x為1000、2000、3000（ms）時，誤差分別為19、23、27μs。
for（i=0；i＜123；i++）；
} //當晶振為11.0592MHz，延時12x/11ms。
（2）單片機控制LED0閃爍的程序流程圖如圖2-21所示。
圖2-21 單片機控制LED0閃爍的程序流程圖
任務2-1-2的程序清單
#include＜at89x52.h＞
#define uintunsignedint //定義uint=unsignedint（無符號整型）
#define ucharunsignedchar //定義uchar=unsignedchar（無符號字符型）
sbit LED0=P0^0； //定義符號LED0為單片機的P0.0引腳
void delayms（uintx） //函數省略，請參考上文
void main（）
{
while（1） //另一種解法
{
LED0=0； //LED0亮1s
delayms（922）； //實際晶振11.0592MHz，1000*11.0592/12=922
LED0=1； //LED0滅1s
delayms（922）；
}
/*
while（1） //另一種解法
{
LED0=！LED0； //LED0亮1s，滅1s。效果同上
delayms（922）；
}*/
}
正確連接好仿真器，在MedWin3.0中建立名為led1項目，輸入上面的源程序，編譯、連接正確后，全速運行，可以看到發光二極管LED0亮1s、滅1s，不停閃爍。
【知識鏈接二】程序流程圖與程序的構成等
1.程序流程圖
程序流程圖是用一些圖框來表示各種操作，直觀形象，易于理解。美國國家標準化協會ANSI（AmericanNationalStandardInstitute）規定的一些常用的流程圖符號如知識鏈接圖2-1所示。
知識鏈接圖2-1
2.程序的構成
程序=數據結構+算法
① 對數據的描述，在程序中指定數據的類型和數據的組織形式，即數據結構。
② 對操作的描述，即操作步驟，也就是算法。
3.邏輯運算符“！”的作用
！為邏輯非運算符，其作用是將邏輯量或位變量的值取反，即原來為1的，變為0；原來為0的，變為1。
三、單片機程序的燒錄
程序調試成功后，下一步要把程序代碼下載（燒錄）到單片機芯片AT89S52中。
YL-236裝置中配備了雙龍ISP下載器。按照其光盤里產品說明書上的步驟，安裝好相關軟件后，第一次用USB線連接雙龍ISP下載器和計算機時，會在電腦屏幕上看到“已經找到新硬件”的提示，選擇“自動安裝軟件”，計算機會自動安裝好新增的設備。
單片機程序燒錄的操作步驟如下。
① 下載程序前，首先關閉系統電源，將仿真頭取下；然后將AT89S52的引腳插在主機模塊的卡座上并卡緊，注意單片機芯片上的弧形標識對準卡座的上方，方向不能插反。
② 用排線連接雙龍ISP下載器與主機模塊后，再接通雙龍ISP下載器的USB線。
③ 啟動雙龍ISP下載器軟件后，出現如圖2-22所示界面。
圖2-22 雙龍ISP下載器軟件界面
④ 如圖2-22所示，首先在界面上部各選項中，正確選擇“下載端口”、“下載速度”、“芯片型號”等，然后點擊“FLASH存貯器”選項右邊的“Flash”按鈕，添加要燒錄的機器碼文件（一般為HEX文件），如圖2-23所示。
⑤ 添加HEX文件后，點擊圖2-22中的“編程”按鈕，軟件會自動燒錄機器碼程序到AT89S52單片機中。但燒錄有時會失敗，可能是由于在設計的目標系統電路中，P1.5、P1.6、P1.7的電平被鉗制住（例如：作為輸入端口，而從外界輸入電平為0V等），ISP下載器無法通過這3個引腳下載程序，這時，可以將主機模塊上P1.5、P1.6、P1.7端子上的導線拔除，再下載程序。下載失敗，有時是因為目標系統自身電源未供應，這時可以通過ISP下載器給目標系統供電，然后再完成下載，相關設置操作如圖2-24所示。
圖2-23 添加機器碼文件
圖2-24 給目標系統供電
⑥ 本任務中，正確燒錄“LED0閃爍”的程序代碼后，先斷開雙龍ISP下載器的USB線，再斷開雙龍ISP下載器與主機模塊的排線，打開系統電源后，即可看到LED0不停閃爍。
2.1.5 任務2-1-3 實現流水燈
一、任務要求
單片機控制8個發光二極管從LED0到LED7間隔1s依次點亮（亮1s后熄滅，下一個LED點亮），當LED7亮1s后，又從LED0開始點亮，如此循環不止，視覺效果上像一個亮的燈從右到左流動。
二、任務2-1-3的實施
1.硬件電路的設計
硬件電路的設計與任務2-1-1相同。
2.程序的設計
（1）流水燈形成原理。
LED形成流水燈的效果實質是按順序依次點亮發光二極管，其發光過程見表2-2。
表2-2 流水燈發光過程表
注：表中數據0或1，表示該引腳輸入低或高電平，以使相應LED亮或滅。
（2）本教材提供兩種方法實現單片機控制LED流水燈的程序清單，方法二的流程圖如圖2-25所示。
圖2-25 單片機控制LED流水燈的程序流程圖
任務2-1-3的程序清單
#include＜at89x52.h＞
#define uintunsignedint //定義uint=unsignedint（無符號整型）
#define ucharunsignedchar //定義uchar=unsignedchar（無符號字符型）
sbit LED0=P0^0； //定義符號LED0為單片機的P0.0引腳
sbit LED1=P0^1； //定義符號LED1為單片機的P0.1引腳
sbit LED2=P0^2； //定義符號LED2為單片機的P0.2引腳
sbit LED3=P0^3； //定義符號LED3為單片機的P0.3引腳
sbit LED4=P0^4； //定義符號LED4為單片機的P0.4引腳
sbit LED5=P0^5； //定義符號LED5為單片機的P0.5引腳
sbit LED6=P0^6； //定義符號LED6為單片機的P0.6引腳
sbit LED7=P0^7； //定義符號LED7為單片機的P0.7引腳
void delayms（uintx） //函數省略，請參考任務2-1-2
void main（） //方法一
{
while（1） //方法一比較容易想到
{
P0=0xff； //熄滅所有的LED
LED0=0； //點亮LED0
delayms（922）； //實際晶振為11.0592MHz，延時1s
P0=0xff；
LED1=0； //點亮LED1
delayms（922）；
P0=0xff；
LED2=0； //點亮LED2
delayms（922）；
P0=0xff；
LED3=0； //點亮LED3
delayms（922）；
P0=0xff；
LED4=0； //點亮LED4
delayms（922）；
P0=0xff；
LED5=0； //點亮LED5
delayms（922）；
P0=0xff；
LED6=0； //點亮LED6
delayms（922）；
P0=0xff；
LED7=0； //點亮LED7
delayms（922）；
}
}
void main（） //方法二
{
uchar num，i； //定義2個變量
while（1） //方法二比較簡潔
{
num=0xfe； //準備點亮第一個燈（LED0）
for（i=0；i＜8；i++） //8個LED，共循環8遍
{
P0=num； //點亮某個LED
delayms（922）； //延時1s
num=num＜＜1|0x01； //準備下一個LED
}
}
}
//0xfe：點亮LED0，0xfd：點亮LED1，0xfb：點亮LED2，0xf7：點亮LED3，
//0xef：點亮LED4，0xdf：點亮LED5，0xbf：點亮LED6，0x7f：點亮LED7
正確連接好仿真器，在MedWin3.0中建立名為led2的項目，輸入上面的源程序（main函數在方法一與方法二中選一個），編譯、連接正確后，全速運行，可以看到一個亮的燈從右至左流動。關閉系統電源后，正確燒錄“流水燈”的程序代碼到單片機中，取下雙龍ISP下載器，打開系統電源后，即可看到同樣的結果。
在本書后面各任務中，請參考任務2-1-1～2-1-2中介紹的方法正確使用仿真器和雙龍ISP下載器調試和下載程序，只有程序下載到單片機中并運行正確后，方為任務完成。
【知識鏈接三】C51的數據結構
一、常量與變量
C語言的基本數據類型，按其取值是否可改變分為常量和變量兩種。在程序執行過程中，其值不發生改變的量稱為常量，取值可變的量稱為變量。
1.數值常量
數值常量也稱為常數，例如12、-5.3、′c′、′abc′等。其中12為整型常量，-5.3為浮點型常量，′c′為字符型常量，＂abc＂為字符串常量。
2.符號常量
在C語言中，可以用一個標識符（標識符的定義見下文）來表示一個常量，稱之為符號常量。符號常量在使用之前必須先定義，其一般形式為：“#define標識符 常量”。
其中，#define也是一條預處理命令，稱為宏定義命令，其功能是把該標識符定義為其后的常量值。一經定義，以后在程序中所有出現該標識符的地方均代之以該常量值。
二、變量
值可以改變的量稱為變量。一個變量應該有一個名字，在內存中占據一定的存儲單元，在該存儲單元中存放變量的值。請注意：變量名與變量值的區別如知識鏈接圖2-2所示。
知識鏈接圖2-2
在C語言中，要求對所有用到的變量做強制定義，也就是“先定義，后使用”。
在C語言中用來標識變量名、符號常量名、函數名、數組名、類型名等的有效字符序列稱為標識符。簡單地說，標識符就是一個名字。
C語言規定標識符只能由字母、數字和下劃線三種字符組成，且第一個字符必須為字母或下劃線。要注意的是，C語言中大寫字母與小寫字母被認為是兩個不同的字符，即Sum與sum是兩個不同的標識符。
1.整型變量
整型變量的基本類型符為int，在int之前可以根據需要分別加上修飾符。在KeilC中規定，基本整型數據在存儲器中占用2個字節（即16bit）、長整型占用4個字節的存儲空間。知識鏈接表2-1列出了各種整型數據的有關數據。
知識鏈接表2-1 整數類型的有關數據
2.字符型變量
字符型變量的基本類型符為char，其表達的范圍是-128～+127；字符型變量只有一個修飾符unsigned，即無符號數，而加上了unsigned后，其表達的范圍變為0～255。
3.浮點型變量
在8位單片機中，盡量不要用浮點型數據，這里不做介紹。
4.KeilC51特有的變量類型
（1）位型變量
位型變量是使用一個二進制位來存放數據，其值只有“0”和“1”兩種。位型變量的定義和其他數據類型一樣，關鍵字為bit。例如：
bita=0； //定義一個位變量，并賦初值為0
（2）sfr型變量
80C51內部有一些特殊功能寄存器（sfr）。為定義、存取這些特殊功能寄存器，C51增加了sfr型數據，相應也增加了sfr、sfr16和sbit這3個關鍵字。例如：
sfrP0=0x80； //定義8位特殊功能寄存器P0
sfr16DPTR=0x82； //定義16位特殊功能寄存器DPTR
三、變量的存儲類型
在變量前加一個修飾符可以指定變量的存儲器類型。
① data：片內RAM低128B，直接尋址訪問，存儲類型默認為data。② bata：片內RAM中20H～2FH，可以位尋址。
③ idata：片內RAM中256B，間接尋址訪問。
④ xata：片外RAM中或片外I/O口擴展。
⑤ code：ROM中一般為固定數據表格，用MOVC指令查表訪問。
例如：
unsignedcharbdataflag；
sbit F0=flag∧0；
sbit F1=flag∧1；