1、课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用任务任务1 简易交通灯简易交通灯任务任务2 简易数字钟简易数字钟任务任务3 电子密码锁电子密码锁任务任务4 点阵汉字显示点阵汉字显示课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用任务任务1 简易交通灯简易交通灯1进一步熟悉定时器中断的控制方法。2了解简易交通灯的工作时序。3能够设计并制作简易交通灯控制系统。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用本任务要求按照下图所示交通灯控制时序图，完成一个模拟交通灯控制系统的设计。具体控制要求为：1.单片机P0口连接一个共阳极数码管，用于一位倒计时显示。2.单片机P2口分别控制代表东西和南北方向的12盏信号指示灯。3
2、.东西和南北方向绿灯各通行9s，且绿灯最后3s闪烁；之后黄灯亮3s，红灯亮12s。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用目前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯绿灯”转换间隔，并自动切换。这种交通灯控制系统一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”在单片机中，每次只是以一定周期交替变化。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用一、电路设计一、电路设计简易交通灯电路原理图注：注：P0口与数码管的连接和P2口与发光二极管的连接均采用网络标号法虚拟连接方式。课题五课题五 单片机综合应用单片机
3、综合应用二、程序设计二、程序设计根据交通灯工作的时序图，可将交通灯的一个工作周期分解为六步，如图所示。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用简易交通灯的程序设计流程图为：编写绿灯闪烁程序时，先将需要控制闪烁的灯进行编码，并将编码暂存于寄存单元中（如30H），通过定时器每定时0.5s执行一次闪烁程序（XRL），实现对输出状态的异或（见下表），从而实现与控制码相对应位灯的闪烁效果课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用寄存器状态寄存器状态D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0异或前A的状态01H00000001异或前P2口状态DEH110（东西红灯亮）11110（南
4、北绿灯亮）XRL P2,A一次DFH110（东西红灯亮）11111（南北绿灯灭）XRL P2,A二次DEH110（东西红灯亮）11110（南北绿灯亮）XRL P2,A三次DFH110（东西红灯亮）11111（南北绿灯灭）XRL P2,A四次DEH110（东西红灯亮）11110（南北绿灯亮）结论D7D1的状态不变绿灯闪绿灯闪烁程序分析绿灯闪烁程序分析课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用2程序编译与仿真1根据上述设计思路编写程序并输入WAVE软件。简易交通灯简易交通灯.ASM课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片1焊接前材料准备参照元器件清单表三
5、、制作硬件电路并调试三、制作硬件电路并调试课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片2硬件焊接电路板元件布局图电路板背面课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片3程序烧入、运行并调试简易交通灯运行图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用任务任务2 简易数字钟简易数字钟1了解数字钟的工作原理。2再次强化定时/计数器的应用方法。3 熟练掌握MCS-51单片机中断的综合应用方法。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用本任务主要是利用六位数码管的动态扫描显示电路制作简易数字钟。数字钟要能够显示小时、分钟、秒，
6、其中时是24进制，分和秒是60进制。具体要求如下：1用单片机P0口作为数码管的段码输出。2用单片机P2口作为数码管的片选。3用外部中断0和外部中断1分别连接一个按键用于调时和调分。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用一、数字钟的常用设计方法比较一、数字钟的常用设计方法比较1用中小规模集成电路组成电子钟，如图所示。这种设计方法由于电路复杂，制作难度高，已渐渐被淘汰。译码电路计数电路时钟电路课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用2利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，如图所示。这种设计的成本相对较高。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用3利用单片机来实现电
7、子钟，这种设计具有编程灵活，便于功能扩展的特点。在基于单片机系统的数字钟电路中，除了基本的单片机系统和外围电路外，还需要外部的控制外部的控制和显示装置显示装置。在本设计系统中，输入装置采用按键，利用外部中断的方式控制数字钟的小时和分钟校时。时间显示装置采用六位一体共阴七段数码管动态扫描，这样在硬件电路的焊接时可以大大减少连线。在时间的计算中，利用定时器计时代替软件的延时。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用二、软件延时与定时器计时比较二、软件延时与定时器计时比较三、使用中断的优点三、使用中断的优点软件延时，设计简单，使用方便，但是无法进行精确计时，无法在实际应用中进行使用。利用定时器进行
8、计时，可以准确地计时，精度较高。使用中断比较麻烦，在试验中需要加载初始化程序和中断服务程序，并且需要手工指定中断服务地址和中断向量号；但是使用中断可以进行多样化设计，强化程序功能与执行效率。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用一、电路设计一、电路设计简易数字钟电路原理图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用二、程序设计二、程序设计1定时时间的计算初值=216定时时间（s）=65536-50000=15536=3CB0H所以 TH03CH，TL0=B0H2相关SFR的设置（1）中断允许控制寄存器IE的设置：IE位符号EA/(ET2)ESET1EX1ET0EX0位设置10000111MO
9、V IE,#87H ；开总中断，允许外部中断0、外部中断1、；定时器中断0课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用（2）定时/计数器及外部中断控制寄存器TCON的设置：TCON位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位设置00000011 MOV TCON,#03H ；设置外部中断0、外部中断1下降沿有效（3）定时/计数器工作方式寄存器 TMOD的设置：MOV TMOD,#01H ；设置定时器0为工作方式一TMOD位符号GATEM1M0GATEM1M0位设置00000001课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用3数字钟主程序流程图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用5
10、程序编译与仿真4根据上述设计思路编写程序并输入WAVE软件。简易数字钟简易数字钟.ASM课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片1焊接前材料准备参照元器件清单表三、制作硬件电路并调试三、制作硬件电路并调试课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片2硬件焊接电路板元件布局图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片3程序烧入、调试并运行简易数字钟运行图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用任务任务3 电子密码锁电子密码锁1了解矩阵式键盘的电路设计。2掌握矩阵式键盘的
11、按键识别编程方法。3掌握单片机对继电器及蜂鸣器控制电路的设计。4能够设计并制作电子密码锁控制系统。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用传统密码锁大多为机械式结构，其构造简单、安全性能低，还需随时携带金属钥匙，在科学技术日益发达的今天已越来越无法满足人们的需求。而电子防盗密码锁（见下图）安全性能高、使用方便，人们只要通过键盘正确输入密码即可打开密码锁，否则将发出警报。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用 本任务主要通过设计电子密码锁来学习矩阵式键盘电路的设计及软件编程方法。电子密码锁的具体控制要求如下：1单片机P2口连接控制44矩阵键盘，按键编号依次为“0F”，其中“0D”用作6位密
12、码输入，“E”键为取消键，“F”键为确认键。2单片机P0口连接控制一位共阳数码管，用于输入密码显示和信息提示。3当单片机运行时，输入6位密码（预设值为123456），然后按下确认键：（1）密码正确，数码管显示“y”，同时单片机P1.0口输出开锁信号，驱动电磁锁打开（固态继电器触点闭合，指示灯亮），模拟密码锁打开。（2）密码不正确，数码管显示“n”，同时单片机P1.7口输出报警信号，控制蜂鸣器发出警报声（提示密码错误）。4当在输入密码过程中或密码输入错误发出警报声时，按下取消键，重新输入6位密码。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用一、键盘扫描方式一、键盘扫描方式 在单片机应用系统中，键盘
13、扫描只是CPU的工作内容之一。CPU除了要检测键盘和处理键盘操作之外，还要进行其他事物的处理。通常，完成键盘扫描和处理的程序是系统程序中的一个专用子程序，CPU调用该子程序对键盘进行扫描和处理的方式主要有三种：程序控制扫描、定时扫描和中断扫描。1程序控制扫描方式程序控制扫描方式 在主控程序中的适当位置调用键盘扫描程序，对键盘进行读取和处理。由于CPU要不间断地对键盘进行扫描以监视键盘的输入，而不能处理其他任务，这样将占用CPU大部分的资源。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用2定时扫描方式定时扫描方式 在该方式中，要使用单片机的一个定时器，使其产生一个10ms 的定时中断，CPU响应定时
14、中断，执行键盘扫描，若在连续两次中断中都读到相同的按键按下（间隔10ms作为消抖处理），CPU即执行相应的键处理程序。由于单片机仍要定时对键盘进行扫描，这样相对程序控制扫描方式而言，节约了CPU的部分资源。3中断方式中断方式 使用中断方式时，键盘的硬件电路要做一定的改动，增加一个按键产生中断信号的输入线，当键盘有按键按下时，键盘硬件电路产生一个外部的中断信号，CPU响应外部中断，进行键盘处理。由于仅在按键按下产生外部中断时，CPU才执行键盘扫描和按键处理程序，因此大大提高了CPU的工作效率。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用二、矩阵键盘处理过程二、矩阵键盘处理过程1键输入键输入2键译码
15、键译码3键处理键处理三、矩阵键盘的识别方法三、矩阵键盘的识别方法P2.3P2.2P2.1P2.0P2.4P2.70123456789ABCDEFP2.5P2.6课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用1扫描法扫描法检测是否有键被按下 去除键抖动 等待按键弹开 课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用2反转法反转法 （1）让P2口低四位输出“1”，高四位输出“0”。从P2口的低四位读取键盘状态，若有按键按下，则低四位中会有一个“1”翻转为“0”，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。（2）让P2口高四位输出“1”，低四位输出“0”。从P2口的高四位读取键盘状态，若有按键按下，则高四位
16、中会有一个“1”翻转为“0”，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。（3）将两次结果组合起来，得到当前按键的特征编码。然后通过查表方式找到该特征码所对应的顺序编码。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用一、电路设计一、电路设计电子密码锁键盘及显示电路原理图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用电子密码锁通常通过电磁继电器和离合器等电气元件来控制锁的机械部分。在本任务中通过控制继电器的吸合和断开来模拟密码锁的打开和关闭。单片机的P1.0和P1.7口为信息输出口，其中P1.0口输出信号控制固态继电器线圈得电，常开触点闭合，控制LED指示灯亮。P1.7口则输出报警信号，控制蜂鸣器发出
17、警报声，两个电路均采用三极管驱动方式，如下图所示。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用二、程序设计二、程序设计矩阵键盘的坐标编码图矩阵按键的扫描及译码程序流程图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用密码正确时的仿真运行图2程序编译与仿真1根据上述设计思路编写程序并输入WAVE软件。电子密码锁电子密码锁.ASM课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用密码不正确时的仿真运行图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用三、制作硬件电路并调试三、制作硬件电路并调试步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片1焊接前材料准备参照元器件清单表课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说
18、说 明明示示 范范 图图 片片2硬件焊接电路板元件布局图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片3程序烧入、运行并调试密码输入正确密码输入错误课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用任务任务4 点阵汉字显示点阵汉字显示1了解88LED点阵屏的内部结构及字符显示原理。2掌握单片机控制1616LED点阵屏的汉字显示方法。3能够设计并制作基于1616LED点阵屏的汉字显示系统。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用LED点阵电子显示屏具有色彩鲜艳、亮度高、工作稳定、功耗低、安装方便等优点，已广泛应用于各种公共场合，如广告屏、宣传栏、银行叫号器以及公交
19、车报站器等。本任务的主要内容是使用88点阵发光管模块组成的1616发光点阵，实现单个汉字的静态循环显示，显示内容可以为待定的中文、字符或数字。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用一、一、LED点阵屏基础知识点阵屏基础知识 LED点阵是由许多单个LED按矩阵的方式排列而成，通过控制每个LED灯的亮灭来完成各种字符或图形的显示。单色88LED点阵实物图和结构图如下图所示：b）结构图a）实物图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用二、二、1616LED点阵屏点阵屏1点阵屏的组成点阵屏的组成1616LED点阵屏有16个行和16个列，由4个大小均为3232mm的88共阳点阵组成，点阵屏可拆装，
20、采用圆孔铜排针，便于连接。在行上和列上分别连接有驱动电路，应用串行数据转并行数据的方式来实现数据的转换，驱动部份使用两个移位带存储器的74HC595 和两个移位寄存器74HC164组成，74HC595负责列扫描数据，74HC164负责行扫描数据。行扫描上同时采用三极管放大驱动电流，提高点阵屏亮度。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用输入数据口扩展口1616LED点阵屏的数据接口采用可并接方式，有输入和输出，可进行多块点阵屏之间的级联，方便多块合并，可组成3216、4816、6416等点阵屏，实现更多位的汉字显示。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用2电路原理图电路原理图课题五课题五
21、 单片机综合应用单片机综合应用点阵的列驱动电路主要由74HC595完成。74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入存储寄存器。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲，电路中将两个时钟分开控制，目的是先移好位再存储数据，这样在移位的过程中，可保持输出的数据。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds）和一个串行输出（Q7）电路将其接入下一个IC的输入（Ds）组成16位移位存储器。一个异步的低电平复位（），电路中不使用复位信号，将此脚直接接
22、入电源（+5V）。存储寄存器有一个三态的并行8位总线输出，当使能（）为低电平时，存储寄存器的数据输出到总线，电路中直接将此脚接GND，做直接输出。MROE课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用点阵的行驱动电路主要由两片74HC164芯片和16个PNP型三极管S8550构成。74HC164是简单的8位移位寄存器，数据输入端A、B在SCK时钟脉冲作用下移入寄存器。A、B是与的输入，本电路将其合并作一个输入，移位寄存器的最后一位输出（QH）接入下一个74HC164的输入A、B，组成16位移位寄存器。位的输出再经过三极管反向放大电流加到点阵的共阳端，即作为点阵的行控制口。该1616LED点阵屏优点
23、是数据采用了串入并出的方式，占用单片机的接口较少。显示汉字较为灵活，不仅可以静态的显示信息，而且还可以动态滚动显示，从而增加信息显示的容量。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用一、一、88LED点阵屏的心形点阵屏的心形“”字符显示字符显示 1电路设计电路设计课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用行行 数数点阵数据点阵数据第1行00H第2行24H第3行5AH第4行81H第5行42H第6行24H第7行18H第8行00H 由8行8列构成的“”图形，如下图所示。其中要显示的点用二进制位1表示，不显示的点用位0表示。这样每行构成了一个字节，从上到下各行的数值用十六进制数表示，见下表。2程序设计
24、程序设计课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用以按行显示为例，在88LED点阵上显示一个“”时，显示过程如下：P2口送出第1行要显示数据00H，P0口送出选中第1行控制数据00000001；P2口送出第2行要显示数据24H，P0口送出选中第2行控制数据00000010；P2口送出第3行要显示数据5AH，P0口送出选中第3行控制数据00000100；送完8行的显示数据和8个行控制信号，一个“”就显示了一遍，接着再重复上述显示过程。只要每行的刷新速率大于50Hz，利用人眼的视觉余辉效应，人们就可以看到一幅完整的文字或画面。课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用（2）程序编译与仿真（1）根据
25、上述设计思路编写程序并输入WAVE软件。88点阵字符显示点阵字符显示.ASM课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用二、二、1616LED点阵屏的汉字显示点阵屏的汉字显示1电路电路设计设计课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用以显示“无锡”二字为例，字符的点阵图如下图所示。将字型数据分成上下两个8行，共16行，每行又各占16列，如果每列分别用一位二进制数表示，这样每行将占用两个字节。因此，一个汉字就可以用162=32个字节的点阵码来表示。程序中将每个汉字的点阵码分别用数组来表示，当要显示某一汉字时，直接将该汉字的数组点阵码送入显示缓冲区。2 程序设计程序设计课题五课题五 单片机综合应用单
26、片机综合应用本设计采用逐行扫描方式，要在16行16列的LED点阵上显示一个字符，先由单片机从显示缓冲区取出第一行需要显示的2字节点阵数据（数据分两次送入，先送一行的最后一字节），依次串行输入至列移位寄存器74HC595，然后单片机输出数据控制行移位寄存器74HC164选中第一行，即可实现该行的数据显示，紧接着再进行下一行点阵数据的显示，如此循环，便可显示整个汉字的内容。注意：每次只能选通一行数据，并通过不断的逐行扫描来实现汉字或字符的显示。汉字的点阵数据可以从计算机显示字库中获得，也可用字库软件转换得到。对于特殊符号或图案，要先绘出图形，再根据图形写出相应的代码。课题五课题五 单片机综合应用单
27、片机综合应用 a）主程序流程图b）显示程序流程图汉字显示程序设计流程图：课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用 由于Proteus元件库中没有S8550的仿真模型，因此仿真时用74HC04集成电路替换（2）程序编译与仿真（1）根据上述设计思路编写程序并输入WAVE软件。1616LED点阵屏汉字显示点阵屏汉字显示.ASM课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片1焊接前材料准备参照元器件清单表三、制作硬件电路并调试三、制作硬件电路并调试课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片2硬件焊接电路板元件布局图课题五课题五 单片机综合应用单片机综合应用步步 骤骤说说 明明示示 范范 图图 片片3程序烧入、运行并调试显示屏显示“无”字显示屏显示“锡”字
