2021年10月21日 | 【自学51单片机】6 ---数码管动态显示、中断系统介绍

1、数码管的动态显示

1.1 动态显示基本原理

静态显示：通过三八译码器控制一个数码管显示数值。

动态显示：又称动态扫描，通过轮流点亮数码管（一个时刻只有一个点亮），利用人眼视觉的余晖效应，让人看数码管看起来全部点亮。

如何实现动态显示？ 把数码管的整体扫描时间(整体扫描时间 =单个数码管点亮时间*数码管个数)限定在10ms以内即可。当刷新频率大于100HZ，即刷新时间小于10ms，就可做到无闪烁。设计程序时选一个接近10ms，又比较规整的值就可。

1.2 数码管动态显示秒表(0~999999)

程序流程图

程序

#include

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表

0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E

};

unsigned char LedBuff[] = { //数码管显示缓冲区，初值0xFF确保启动时都不亮

0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF

};

void main()

{

unsigned int cnt = 0;  //记录定时器溢出次数

unsigned long sec = 0; //记录经过秒数

unsigned char i = 0;  //动态扫描的索引

ENLED = 0; //使能U3，选择控制数码管

ADDR3 = 1; //因为需要改变ADDR0-2的值，所以不需要再初始化

TMOD = 0x01;//设置T0为模式一

TH0 = 0xFC;//为TO赋初值0xFC67，定时1ms

TL0 = 0x67;

TR0 = 1; //启动T0

while(1)

{

if(TF0 == 1)//判断T0是否溢出

{

TF0 = 0; //T0溢出后，清零中断标志

TH0 = 0xFC;//为TO重新赋值

TL0 = 0x67;

cnt++; //计数值加一

    if(cnt >= 1000)//判断T0是否溢出1000次

{

cnt = 0;  //溢出10000次后计数值清零

sec++; //秒数自加一

//以下代码将sec按十进制位从低到高依次提取并转为数码管显示字符

LedBuff[0] = LedChar[sec%10];

LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];

LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];

LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];

LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];

LedBuff[5] = LedChar[sec/100000%10];

}

//以下代码完成数码管的动态扫描刷新

switch(i)

{

case 0: ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=0;P0 = LedBuff[0];i++;break;

case 1: ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=1;P0 = LedBuff[1];i++;break;

case 2: ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=0;P0 = LedBuff[2];i++;break;

case 3: ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=1;P0 = LedBuff[3];i++;break;

case 4: ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=0;P0 = LedBuff[4];i++;break;

case 5: ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=1;P0 = LedBuff[5];i=0;break;

default: break;

}

}

}   

}

1.3 数码管显示的消隐

上面程序控制数码管的动态显示秒表会出现两大问题，一个是数码管的鬼影问题(数码管不该发亮的段，微微发亮)，另一个是数码管的抖动问题（数码管数字变化时，不参加变化的2数码管出现抖动）。

1.3.1数码管显示的鬼影成因及解决办法

成因：主要由于数码管的位选和段选产生的瞬态。比如在上面的动态显示程序中，case 5要转换到case 0的时候，假如case 5对应数码管值为0，case 1对应数码管的值为1，因为c语言语句执行需要一定的时间，在case 5的位选用ADDR0=1；ADDR1 =0；ADDR2 = 1；转换为case 0的位选用ADDR0=0；ADDR1 =0；ADDR2 = 0；时，就会出现位选用中间状态的瞬间ADDR0=1；ADDR1 =0；ADDR2 = 1；，在这瞬间，会给csae 4对应数码管DS5瞬间赋值一个0。当case的位选用转换成功后，因为P0还没执行，而P0保持上一个值，在这瞬间case 0 对应数码管DS1赋值一个0。这两个瞬间都产生了鬼影。

解决方案：(1). 刷新之前关闭所有的段，改变好位选用后，再打开所有的段。只需在上面动态显示程序中在switch(i)语句前一句加上P0=0xFF;语句即可在解决鬼影问题。(2). 刷新之前关闭所有的位，赋值过程都做好，再重新打开所有的位。只需要上面动态显示程序中在switch(i)语句前一句加上ENLED=1;，在switch(i)语句后一句加上ENLED=0;即可解决鬼影问题。

1.3.2 数码管显示的抖动成因及解决办法

成因：在上面的动态显示程序中，由于程序每次定时到1s时，会执行 “秒数+1并转化为数码管显示字符” 的操作，因为这段代码比较耗时间，就会导致某个数码管点亮时间为1ms+该程序执行时间，而下一个数码管的点亮时间就变为1ms - 该程序运行时间。这就是数码管显示抖动的成因。

解决办法：运用中断机制即可解决该问题，下面来介绍单片机中断系统。

2、单片机的中断系统

2.1 中断系统的引入

当单片机专心的做一件事(比如打游戏)的时候，突然有一件或多件紧急的事(比如水开了)要去处理，应该先停下这件事(打游戏)，先去处理紧急的事(水开了)。这就应用了单片机中断系统，利用中断处理突发情况，让单片机能够同时“完成”多项任务。

2.2定器中断模块应用

2.2.1中断系统的IE-中断使能寄存器

标准51单片机控制中断模块有两个寄存器，一个是中断使能寄存器，另一个是中断优先级寄存器。下面来介绍IE-中断使能寄存器。

上表为IE-中断使能寄存器的位分配

讲解：中断使能寄存器 IE 的位 0～5 控制了 6 个中断使能，第 6 位没有用到，第 7 位是总开关，而0 ~ 5 位为分开关，只要用到中断，就要写EA=1打开总开关

2.2.1数码管动态显示秒表消隐程序及讲解

#include

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表

0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E

};

unsigned char LedBuff[] = { //数码管显示缓冲区，初值0xFF确保启动时都不亮

0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF

};

unsigned char flagls = 0; //1s定时标志

unsigned int cnt = 0; //记录T0中断次数

unsigned char i = 0;  //动态扫描索引

unsigned long sec = 0; //记录经过的秒数

void main()

{

ENLED = 0; //使能U3

ADDR3 = 1; //因为需要动态改变ADDR0-2的值，所以不需要在初始化了

EA = 1;    //使能总中断

TMOD = 0x01; //设置T0为模式一

TH0 = 0xFC; //为T0赋初值0xFC67，定时1ms

TL0 = 0x67;

ET0 = 1;  //使能T0中断

TR0 = 1;  //开启T0

while(1)

{

if(flagls == 1) //判断1s定时标志

{

flagls = 0; //1秒定时标志清零

sec++;//秒计数自动加一

//以下代码将sec按十进制从低位到高依次提取并转为数码管显示字符

LedBuff[0] = LedChar[sec%10];

LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];

LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];

LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];

LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];

LedBuff[5] = LedChar[sec/100000%10];

}

}

}

//定时器T0中断服务函数

void InterruptTimer0() interrupt 1

{

TH0 =0xFC;//重新为T0赋值

TL0 = 0x67;

cnt++;//中断次数加一

   if(cnt >= 1000)//中断1000次，即1s

   {

    cnt = 0; //清零计数值以重新开始以1秒计时

flagls = 1;//设置1秒定时标志为1

   }

   //以下代码完成数码管的动态扫描刷新

   P0 = 0xFF; //消除数码管鬼影

   switch(i)

   {

    case 0: ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=0;P0=LedBuff[0];i++;break;

case 1: ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=1;P0=LedBuff[1];i++;break;

case 2: ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=0;P0=LedBuff[2];i++;break;

case 3: ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=1;P0=LedBuff[3];i++;break;

case 4: ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=0;P0=LedBuff[4];i++;break;

case 5: ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=1;P0=LedBuff[5];i=0;break;

default: break;

   }

}

（注：无需用软件清零中断标志TF0，进入定时器中断时硬件自动清零）

中断服务函数：程序 有两个函数，一个main主函数，另一个为中断服务函数，中断函数命名格式：函数值类型 +　函数名　+（形式参数列表）+ interrupt + x 。interrupt为中断函数关键字，一定不能错，x的值如何取？先见下表

表中第二行T0中断，使能T0中断，就要将ET0置1，当它的中断标志位TF0变为1时，就会触发T0中断，这时就会进入中断服务函数，单片机通过x计算出中断向量地址找到对应的中断服务函数(x * 8 + 3 = 中断向量地址(转换为十进制数据计算)) 。

解决数码管抖动：上面函数应用了定时器中断机制，比如100行程序，当程序执行到50行时，定时器刚好溢出，程序就会立刻进入中断函数，执行完中断函数语句后，回到刚才的第50行继续执行下面程序。这就保证每个数码管动态扫描时都点亮1ms，也就解决了数码管抖动问题。

2.3 中断优先级

中断优先级有两种：一种是抢占优先级，另一种是固有优先级。

抢占优先级：低优先级中断执行时，如又发生了高优先级的中断，则立刻进入高优先级中断执行，处理完高优先级级中断后，再返回处理低优先级中断，这个过程就叫做中断嵌套，也称为抢占。抢占优先级的概念：优先级高的中断可以打断优先级低的中断的执行，从而形成嵌套，而优先级低的中断是不能打断优先级高的中断的。见下表说明如何设置抢占优先级。

IP寄存器每一位复位值为0，当把某一位设置为1时，这一位的优先级就高于其他位。

固有优先级：在表6-3中最后一列列出了中断固有优先级，数字越小优先级越高。固有优先级不具有有抢占性，即使在执行低优先级中断又发生了高优先级中断，高优先级中断也要等低优先级中断执行完后才会得到响应。作用：在无抢占优先级下，仲裁同时存在的多个中断。

3、数码管动态显示消隐程序

该程序位数码管动态显示消隐只显示有效位，不显示高位的0。

#include

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表

0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E

};

unsigned char LedBuff[6] = { //数码管显示缓冲区，初值0xFF确保启动时都不亮

0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF

};

unsigned char flagls = 0; //1s定时标志

unsigned int cnt = 0; //记录T0中断次数

unsigned char i = 0;  //动态扫描索引

unsigned long sec = 0; //记录经过的秒数

void main()

{

ENLED = 0; //使能U3

ADDR3 = 1; //因为需要动态改变ADDR0-2的值，所以不需要在初始化了

EA = 1;    //使能总中断

TMOD = 0x01; //设置T0为模式一

TH0 = 0xFC; //为T0赋初值0xFC67，定时1ms

TL0 = 0x67;

ET0 = 1;  //使能T0中断

TR0 = 1;  //开启T0

while(1)

{

if(flagls == 1) //判断1s定时标志

{

flagls = 0; //1秒定时标志清零

sec++;//秒计数自动加一

//以下代码将sec按十进制从低位到高依次提取并转为数码管显示字符

if(sec > 0 && sec < 10) //秒数小于10s显示数码管显示1位字符

{

LedBuff[0] = LedChar[sec%10];

}

else if(sec <100)//秒数小于100s显示数码管显示2位字符

{

LedBuff[0] = LedChar[sec%10];

LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];

}

else if(sec < 1000) //秒数小于1000s显示数码管显示3位字符

{

LedBuff[0] = LedChar[sec%10];

LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];

LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];

}

else if(sec < 10000)//秒数小于10000s显示数码管显示4位字符

{

LedBuff[0] = LedChar[sec%10];

LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];

LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];

LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];

}

else if(sec < 100000) //秒数小于100000s显示数码管显示5位字符

{

LedBuff[0] = LedChar[sec%10];

LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];

LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];

LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];

LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];

}

else //秒数小于1000000s显示数码管显示6位字符

{

LedBuff[0] = LedChar[sec%10];

LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];

LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];

LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];

LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];

LedBuff[5] = LedChar[sec/100000%10];

}

}

}

}

//定时器T0中断服务函数

void InterruptTimer0() interrupt 1

{

TH0 =0xFC;//重新为T0赋值

TL0 = 0x67;

cnt++;//中断次数加一

   if(cnt >= 1000)//中断1000次，即1s

   {

    cnt = 0; //清零计数值以重新开始以1秒计时

flagls = 1;//设置1秒定时标志为1

   }

   //以下代码完成数码管的动态扫描刷新

   P0 = 0xFF; //消除数码管鬼影

   switch(i)

   {

    case 0: ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=0;P0=LedBuff[0];i++;break;

case 1: ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=1;P0=LedBuff[1];i++;break;

case 2: ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=0;P0=LedBuff[2];i++;break;

case 3: ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=1;P0=LedBuff[3];i++;break;

case 4: ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=0;P0=LedBuff[4];i++;break;

case 5: ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=1;P0=LedBuff[5];i=0;break;

default: break;

   }

}

数码管动态显示消隐倒计时程序

#include

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表

0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E

};

unsigned char LedBuff[] = { //数码管显示缓冲区，初值0x90确保启动时都显示字符9

0x90, 0x90, 0x90, 0x90, 0x90, 0x90

};

unsigned char flagls = 0; //1s定时标志

unsigned int cnt = 0; //记录T0中断次数

unsigned char i = 0;  //动态扫描索引

unsigned long sec = 999999; //记录经过的秒数

void main()

{

ENLED = 0;//使能U3

ADDR3 = 1;//因为需要动态改变ADDR0-2的值，就不用初始化这些值

EA = 1; //使能总中断

TMOD = 0x10; //配置T1为模式一

TH1 = 0xFC; //为T1赋初值0xFC67，定时1ms

TL1 = 0x67;

ET1 = 1; //使能T1中断

TR1 = 1;//开启T1

while(1)

{

if(flagls == 1) //判断1s定时单位

{

flagls = 0;//1s定时标志清零

sec--; //将倒计时时间减一

//以下代码将sec按十进制从高位到低依次提取并转为数码管显示字符

LedBuff[0] = LedChar[sec%10];

LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];

LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];

LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];

LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];

LedBuff[5] = LedChar[sec/100000%10];

}

}

}

void InterruptTimer1() interrupt 3 //T1中断函数编号为3

{

TH1 = 0xFC; //为T1赋初值0xFC67，定时1ms

TL1 = 0x67;

cnt++;//中断一次计数值加一

if(cnt >= 1000) //判断是否中断1000次，即定时1s

{

cnt = 0; //清零计数值，重新计数

flagls = 1;//将1s定时标志置1

}

//以下代码完成数码管的动态扫描刷新

P0 = 0xFF; //消除数码管鬼影

switch(i)

{

case 0: ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=0;P0=LedBuff[0];i++;break;

case 1: ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=1;P0=LedBuff[1];i++;break;

case 2: ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=0;P0=LedBuff[2];i++;break;

case 3: ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=1;P0=LedBuff[3];i++;break;

case 4: ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=0;P0=LedBuff[4];i++;break;

case 5: ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=1;P0=LedBuff[5];i=0;break;

default: break;

}

}