《单片机原理及应用实验》
题目： 动态数码显示技术
院（系） 信息科学与工程学院
专业通信工程。
届别2012级。
班级1 班。
学号。姓名。
任课老师。摘要： 本设计利用51单片机为核心，实现数码管的动态显示。
通过检测按键状态来分别连续显示数字和字母。硬件电路采用单片机开发板中的锁存器74hc573和4位数码管，软件部分使用常用的单片机程序编译器keil c51和烧写软件stc-isp，分别用汇编语言实现了了主程序、延时程序和数字/字母显示子程序，算法实现简单，流程明确，具有较好的扩展性。整个系统经过不断调试，最终实现预期的设计要求。
关键词：51单片机 74hc573 4位数码管汇编。
利用数码管动态显示技术，使用开关控制数码管的显示状态，当开关接高电平时，显示“54321”字样，当开关接低电平时，显示“nihao”字样。通过简单修改程序，可以实现流水灯效果或者移动数字和字母显示的位置。
本设计的目的在于连续显示5个数字或者字母，显示的方法为动态显示技术，利用51单片机和数码管可以容易实现设计要求。需要解决的问题是如何利用好单片机的i/o口和片内资源、数码管动态显示的方法、控制按键信号的方式（包括按键终端和高低电平状态监测方式）。
方案一：采用51单片机 + 5个数码管。
图1 单片机驱动一个数码管显示电路。
如图1所示，采用每个数码管接i/o口的方式，因为数码管的段选信号需要占用8个端口，所以采用这种方式，一个单片机最多也只能接4个数码管，而且无法利用端口获得按键信息，获得高低电平信号来控制显示状态，需要添加一块单片机才可以满足系统要求。次方案成本高，资源利用率低，效率低下。
方案二：采用51单片机 + 4位数码管 + 译码器 + 锁存器。
图2 译码器+锁存器的数码管动态显示。
如图2所示，采用4位数码管，采用译码器74hc138控制数码管的位选，增强驱动能力的同时还可以节省单片机的端口，只需要3个i/o口就可以利用译码功能实现8位数码管的位选信号控制。74hc573是锁存器，保存数码管的段选信号，直接用单片机的p0端口控制即可。
方案三：采用51单片机 + 4位数码管 + 2个锁存器。
a）锁存器电路。
b）4位数码管电路。
图3 （a）、(b)锁存器动态数码显示电路。
如图3所示，采用4位数码管，利用2个锁存器作为数码管的位选和段选信号，由于锁存器74hc573可以利用使能端口控制输出口的信号，只要p1口就可以控制2个锁存器，比方案二进一步提高i/o口的利用率。
方案总结：通过三个方案的对比，发现利用方案三可以最大化利用硬件资源，而且软件实现也比较简单。所以本设计采用方案三。
1）四位数码管的定义。
四位数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。能显示4个数码管叫四位数码管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
2）4位数码管的驱动方式。
1、静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的i/o端口进行驱动，或者使用如bcd码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用i/o端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根i/o端口来驱动，要知道一个89s51单片机可用的i/o端口才32个呢：
），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。
2、数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a， b， c， d， e， f， g， dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极com增加位选通控制电路。位选通由各自独立的i/o线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通com端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的com端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的i/o端口，而且功耗更低。
hc573和74ls373原理一样，8数据锁存器。主要用于数码管、按键等等的控制。
2. 高阻态：就是输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗的状态；在这种状态下，可以多个芯片并联输出；但是，这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态，否则会将芯片烧毁；
3. 数据锁存：当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持。
真值表：第四行：当oe＝1是，无论dn、le为何，输出端为高阻态；
第三行：当oe＝0、le＝0时，输出端保持不变；
第二行第一行：当oe＝0、le＝1时，输出端数据等于输入端数据。
本设计采用单片机开发板hy510，硬件资源如图4所示。
图4 开发板。
编译器：keil c51 v 8.09
烧写器：stc-isp v 4.99 + ch340 usb烧写器。
本设计采用keil c51进行程序的调试和编译，利用烧写器stc-isp进行烧写。
图5 stc-isp烧写器界面。
图6 主程序流程图。
图7 数字/字母显示子程序。
1）程序起始地址。
51单片机的程序空间的0000h、0003h、000bh、0013h、001bh、0023h分别为复位、外部中断0、定时/计数器0、外部中断1、定时/计数器1和串行口的中断入口地址。如果程序不用中断，可以让程序从0000h开始一直连续编下去。
2）位选和段选信号的切换。
利用锁存器74hc573的锁存功能，程序先将控制段选信号的锁存器的使能端打开，此时锁存器输出端等于由p1口输出的段选信号，每个数码管都能收到这个段选信号，但是由于需要动态显示，所以需要利用位选信号来决定点亮哪个数码管。因为位选和段选信号都是由p1口送出，所以在送出位选信号给另一个锁存器之前，需要先将段选的锁存器锁住，无论p1口为什么信号，段选锁存器输出都保存不变。然后将位选锁存器使能打开，由p1口送出位选信号，位选锁存器输出就能与p1口的信号，8个数码管就可以根据位选信号决定哪个数码管点亮。
见附录1系统设计的最终效果要达到数码管动态显示，数字的显示顺序正确，显示的稳定性良好，不能出现抖动等现象。
1. 利用烧写器将程序烧写到单片机开发板中；
2. 打开开发板电源，观察数码管是否从左到右稳定显示数字“54321”；
3. 按下开发板上的开关s20，观察数码管是否立即显示“nihao”，跳变过程是否快速，显示是否稳定；
4. 松开按键，数码管又能重新显示“54321”；
图8 上电显示54321
图9 按住按键显示字母nihao
实验结果显示，系统设计符合课程设计的要求，动态显示结果正确、稳定。
1] 贺哲荣， 甄旭。 mcs-51系列单片机实用编程88例。 中国电力出版社，2011.2
2] 张友德， 涂时亮， 赵志英。 单片微型机原理、应用与实验：a51版。 复旦大学出版社，2012.3
3] 张友德， 涂时亮， 赵志英。 单片微型机原理、应用与实验：c51版。 复旦大学出版社，2010.12
4] 赵建领， 崔昭霞。 精通51单片机开发技术与应用实例。 电子工业出版社，2012.6
附录1程序开始。
org 0000h复位后起始执行地址。
main:jb p3.0, skip_disp_num如果按键没有按下，则p3.0口的电平为高电平，调用数字显示子程序。
jnb p3.0, skip2_disp_char ;如果按键按下，则p3.0口的电平为低电平，调用字母显示子程序。
skip_disp_num:
lcall disp_num
ajmp main跳转至主程序循环。
skip2_disp_char:
lcall disp_char
ajmp main跳转至主程序循环。
延时。delay:
mov r3, #
d_loop1:
mov r4, #
djnz r4, $
djnz r3, d_loop1
ret显示数字。
disp_num:
;送5setb p2.0将p2.0都置1；打开段选，锁存器输出等于输入。
mov p1, #0x92; ;p1送段选。
clr p2.0将p2.0都置0；锁住段选信号。
setb p2.1打开位选。
mov p1, #0x01; ;p1送位选。
clr p2.1锁住位选。
acall delay; ;延时10ms
;送4setb p2.0打开段选。
mov p1, #0x99; ;p1送段选。
clr p2.0锁住段选信号。
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