LED数码管显示实验

《微机实验》报告

实验名称 LED数码管显示实验

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一、任务要求

基本要求：

利用末位数码管循环显示数字0-9，显示切换频率为1Hz。

提高要求：

在4位数码管显示器上依次显示当天日期和时间，显示格式如下：

yyyy (年份)

mm.dd（月份.日）

hh.mm（小时.分钟）

相关输出接口和控制接口如下：

二、设计思路

1.基本部分设计思路：

首先依次计算得出共阴极LED数码管对应0~9的段码数据，依次分别为：FCH,60H,DAH,F2H,66H,B6H,BEH,E0H,FEH,F6H；并将上述段码以字符的形式分别存于存储区域的50H~59H。以备取用。

然后以1HZ的频率分别将上述段码分别依次循环输出至P1端口，每次输出时均使P0.7和P0.6均为低电平，即选择末位数码管显示相应数据：

使用计数器T0，并选择定时方式1，即16位定时器，由初始化代码可知指令周期为16us，计算可得计数器初值为0BDCH时（即TH0为0BH,TL0为DCH），计时时间即为1s。每次计时1s时，使用查表指令MOVC A,@A+DPTR从段码存储区域依次取出段码数据，并输出给P1端口，同时选择末位数码管进行显示。每次查表输出持续1s后，对存储地址R0进行加一操作，然后循环查表取下一个相应段码数据。直到R0=59H时，最

后一个段码已取出并输出，重新赋值R0←50H，然后从第一个段码开始查表取出数据，再依次查表取出段码数据并选择末位数码管输出，如此无限循环下去。

2.提高部分设计思路:

首先依次计算得出共阴极LED数码管对应“2012”“11.07”“23.45”的段码数据，且由于每次输出时从末位开始刷新，需要按“2→1→0→2”“7→0→1.→1”“5→4→3.→2”的顺序输出给P1端口，其段码数据分别为：DAH，60H，FCH，DAH，E0H，FCH，61H，60H，B6H，66H，F3H，DAH；并将上述段码以字符的形式分别存于存储区域的50H~5BH。以备取用。

同样使用T0计数器的定时方式1，其初值为0BDC时，计时时间为1s，每次显示时间持续设定为3s，即可用循环指令DJNZ使计数器定时3次，循环结束后恢复循环次数为3，以备下一次显示时间仍持续为3s。

开始显示“2012”，首先使用查表指令MOVC A,@A+DPTR从段码存储区域取出第一个段码数据“DAH”输出给P1端口，并且令P0=00H（P0.7，P0.6均为低电平）选择末位数码管进行显示；然后2ms时间后，对存储地址R3进行加一操作，并且用查表指令取出下一个段码数据“60H”输出给P1端口，并且使数码管选择寄存器R2加40H，即使P0=40H（P0.7为低电平，P0.6为高电平）选择倒数第二个数码管进行显示；再过2ms时间后，对存储地址R3进行加一操作，并且用查表指令取出下一个段码数据“FCH”输出给P1端口，并且使数码管选择寄存器R2加40H，即使P0=80H（P0.7为高电平，P0.6为低电平）选择第二个数码管进行显示；继续2ms时间后，对存储地址R3进行加一操作，并且用查表指令取出下一个段码数据“DAH”输出给P1端口，并且使数码管选择寄存器R2加40H，即使P0=C0H（P0.7和P0.6均为高电平）选择首位数码管进行显示；如此

循环，每隔2ms刷新一次数码管显示数据，在实验板用肉眼无法察觉此刷新过程，速度够快的话即可看出“2012”为同时显示，速度慢可能有闪烁。此动态刷新显示过程持续3s。

刷新显示“2012”持续3s后，更改显示首地址，使首地址改为54H，然后使用查表指令取出54H中的段码，即“E0H”输出给P1端口，并选择末位数码管显示，每隔2ms时间依次取段码“FCH”→“61H”→“60H”输出给P1端口，并且从后向前依次选择相应的数码管进行显示。在实验板上用肉眼即可看出同时显示“11.07”，此动态刷新显示过程仍持续3s。显示3s后继续更改显示首地址为58H，然后使用查表指令取出58H中的段码，即“B6H”输出给P1端口，并选择末位数码管显示，每隔2ms时间依次取段码“66H”→“F3H”→“DAH”输出给P1端口，并且从后向前依次选择相应的数码管进行显示。在实验板上用肉眼即可看出同时显示“23.45”，此动态刷新显示过程持续3s。3s后更改显示地址为8CH，此时进行条件转移并重新赋显示首地址为50H。开始下一个循环显示，如此即可实现要求的功能。

三、资源分配

1.基本部分资源分配:

P1：数码管的段码输出端口

P0.7，P0.6：选择不同数码管显示的控制位

SP：堆栈指针存放子程序

TH0,TL0：存放计数器初值

DPTR：作为查表指令的变址寻址的基址

R0：查表指令寻址的间接地址，存放相应段码数据。

2.提高部分资源分配：

P1：数码管的段码并行输出端口

P0.7，P0.6：选择不同数码管显示的控制位

SP：堆栈指针存放子程序

TH0,TL0：存放计数器的初值

DPTR：作为查表指令的变址寻址的基址

R0，R1：存放刷新频率的循环次数

R2：控制选择不同数码管的寄存器

R3：查表指令寻址的间接地址，存放相应的段码数据

R4：显示时间存放处，使显示时间为3s

R5：存放显示的首地址

BOOT，BOOT1：循环结束或者条件转移的判断条件

四、流程图

1.基本部分流程图：

2.提高部分流程图：

五、源代码 （含文件头说明、资源使用说明、语句行注释）

1.基本部分

$include (C8051F310.inc)

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 000BH ;T0中断入口

LJMP IRQ_0

ORG 00FFH

MAIN: LCALL Init_Device ;初始化

MOV SP,#30H

MOV TMOD,#01H

MOV TH0,#0BH ;1s是计数器发生溢出

MOV TL0,#0DCH

SETB ET0 ;开中断

SETB EA

SETB TR0 ;开启计数器T0

MOV DPTR,#0 ;赋值数据指针

MOV R0,#50H

MOV A,R0

MOVC A,@A+DPTR ;查表取段码数据

LOOP: MOV P1,A ;输出给P1端口

CLR P0.7 ;选择数码管为末端数码管

CLR P0.6

AJMP LOOP ;循环

ORG 0010H

IRQ_0: MOV TH0,#0BH ;1s时计数器发生溢出

MOV TL0,#0DCH

CJNE R0,#59H,MARK1 ;当查表没到最后一个段码时，转到MARK1

MOV R0,#50H ;当查表到最后一个段码是重新赋值第一个段码

MOV A,R0

MOVC A,@A+DPTR ;查表取段码数据

AJMP MARK2

MARK1: INC R0 ;段码存储区加一

MOV A,R0 ;取下一个段码

MOVC A,@A+DPTR

MARK2: RETI

ORG 0050H ;显示0，1，2，3，4，5，6，7，8，9

DB 0FCH,60H,0DAH,0F2H,66H,0B6H,0BEH,0E0H,0FEH,0F6H

PCA_Init: ;初始化部分

anl PCA0MD, #0BFh

mov PCA0MD, #000h

ret

Timer_Init:

mov TMOD, #001h

mov CKCON, #002h

ret

Port_IO_Init:

mov P0MDOUT, #0FDh

mov P3MDOUT, #002h

mov XBR1, #040h

ret

Init_Device:

lcall PCA_Init

lcall Timer_Init

lcall Port_IO_Init

ret

END

2.提高部分

$include (C8051F310.inc)

ORG 0000H

AJMP START

ORG 000BH

AJMP IRQ_0 BOOT EQU 40H BOOT1 EQU 41H

;T0中断程序入口

;定义两个变量,作为判断条件

ORG 0100H

START: LCALL Init_Device

MOV SP,#30H

MOV TL0,#0DCH MOV TH0,#0BH

MOV DPTR,#0H

MOV R2,#00H MOV R3,#50H

MOV R4,#3 MOV R5,#50H MOV BOOT,#54H

MOV BOOT1,#54H

SETB ET0 ;1秒发生一次溢出

;数码管选择寄存器

;每段显示3S

;储存显示起始地址，决定显示内容

;开启中断

SETB EA

SETB TR0 ;开启计数器T0

LOOP1: MOV P1,#00H;

MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR

ACALL SWITCH MOV P1,A; ACALL DELAY_TIME INC R3

MOV A,R3

CJNE A,BOOT1,LOOP1; MOV A,R5

MOV R3,A ;查表取段码数据

;共四个数码管，分别显示

;输出给P1端口

;调用延时刷新时间

;段码数据没到54H时循环至LOOP1

;更新显示首地址

MOV BOOT1,BOOT ;和判断条件

AJMP LOOP1;

AJMP $

IRQ_0: PUSH ACC MOV TL0,#0DCH MOV TH0,#0BH

DJNZ R4,MARK0 MOV R4,#3

MOV R5,BOOT MOV A,R5

CJNE A,#5CH,BRANCH MOV R5,#50H

MOV BOOT,#54H

;保持现场

;1s时计数器溢出

; 判断是否到第3S

;改变显示首地址

;在没有取到最后一个段码时改变判断条件

AJMP MARK0

BRANCH: MOV A,#4 ;每四个数据输出一段时间

ADD A,BOOT

MOV BOOT,A MARK0: POP ACC RETI

SWITCH: PUSH ACC MOV P0,R2

MOV A,R2

ADD A,#40H MOV R2,A;

POP ACC RET

;改变循环判断条件

;恢复现场

;本函数用于循环选择数码管

;数码管选择下一个

DELAY_TIME:

MOV R0,#30 ;此处为刷新频率

MARK2: MOV R1,#100 ;调整刷新频率能获得更好的效果

MARK1: DJNZ R1,MARK1;

DJNZ R0,MARK2;

RET

;显示2012 11.07 23.45

ORG 0050H

DB 0DAH,60H,0FCH,0DAH,0E0H,0FCH,61H,60H,0B6H,66H,0F3H,0DAH

PCA_Init: ;初始化部分

anl PCA0MD, #0BFh

mov PCA0MD, #000h

ret

Timer_Init:

mov TMOD, #001h

mov CKCON, #002h

ret

Port_IO_Init:

mov P0MDOUT, #0FDh

mov P3MDOUT, #002h

mov XBR1, #040h

ret

Init_Device:

lcall PCA_Init

lcall Timer_Init

lcall Port_IO_Init

ret

END

六、程序测试方法与结果、软件性能分析

1.基本部分软件测试：

运行程序，在每次查表取段码数据的指令处设置断点，观察P1端口的变化及其持续时间，且看到P0端口的P0.7和P0.6端始终均为低电平，即末位数码管亮。

⑴P1端口输出FCH，数码管显示0，持续时间0.98s，约为1s。

⑵P1端口输出60H，数码管显示1，一共用时约为2s

⑶P1端口输出DAH，数码管显示2,一共用时约3s

⑷P1端口输出F2H，数码管显示3，一共用时约4s

⑸P1端口输出66H，数码管显示4，一共用时约5s

⑹P1端口输出B6H，数码管显示5，一共用时约6s

⑺P1端口输出BEH，数码管显示6，一共用时约7s

⑻P1端口输出E0H，数码管显示7,一共用时约8s

⑼P1端口输出FEH，数码管显示8，一共用时约9s

⑽P1端口输出F6H，数码管显示9，一共用时约10s

⑾P1端口循环输出FCH，数码管显示0，一共用时约11s

⑿P1端口循环输出60H，数码管显示1，一共用时约13s，以后将一直按规律持续循环下去。

将程序用硬件调试，点击run运行程序之后，高三位数码管均熄灭，只有末位数码管亮，且末位数码管从0开始显示0,1,2,3,4,5,6,7,8,9。每个数字持续时间约为1s，显示9之后又循环显示至0，并将无限循环显示0~9。符合实验要求。

2.提高部分软件测试：

运行程序，在每次更新P1端输出的指令处，和每次更新显示首地址的指令处分别设置断点.观察相应的P1端口输出的段码以及相应的P0.7和P0.6端口的高低电平情况，即可对应显示数码管和显示数据的关系。

⑴在前3秒时间内，P1端口以0.2ms左右的刷新频率不断按照DAH，60H，FCH，DAH的顺序循环刷新，一直持续3s时间。

①2ms时开始刷新第一个数码管的显示数据。P0.7和P0.6均为低电平，末位数码管亮，P1端口输出DAH，即末位数码管显示2。

②2ms时间后刷新下一个数码管。P0.7为低电平，P0.6为高电平，倒数第二位数码管亮，P1端口输出60H，即倒数第二位数码管显示1。

③2ms时间后刷新下一个数码管。P0.7为高电平，P0.6为低电平，第二位数码管亮，P1端口输出FCH，即第二位数码管显示0.

④2ms时间后刷新下一个数码管。P0.7和P0.6均为高电平，首位数码管亮，P1端口输出DAH，即首位数码管显示2。

⑤前3s内，一直按照上述顺序不断以2ms的刷新频率进行刷新，数码管从首位到末位一直依次显示“2012”。直到2.95s（约3s）刷新最后一次：首位数码管显示2。

⑵在第3秒至第6秒的时间内，P1端口以0.2ms左右的刷新频率不断按照E0H，FCH，61H，60H的顺序循环刷新，一直持续3s时间。

①3s后开始刷新第一个数码管的显示数据。P0.7和P0.6均为低电平，末位数码管亮，P1端口输出E0H，即末位数码管显示7。

②2ms时间后刷新下一个数码管。P0.7为低电平，P0.6为高电平，倒数第二位数码管亮，P1端口输出FCH，即倒数第二位数码管显示0。

③2ms时间后刷新下一个数码管。P0.7为高电平，P0.6为低电平，第二位数码管亮，P1端口输出61H，即第二位数码管显示\"1.\"。

④2ms时间后刷新下一个数码管。P0.7和P0.6均为高电平，首位数码管亮，P1端口输出60H，即首位数码管显示1。

⑤第二个3s之内，一直按照上述顺序不断以2ms的刷新频率进行刷新，数码管从首位到末位一直依次显示“11.07”。直到5.88s（约6s）刷新最后一次：首位数码管显示1。

⑶在第6秒至第9秒的时间内，P1端口以0.2ms左右的刷新频率不断按照B6H，66H，F3H，DAH的顺序循环刷新，一直持续3s时间。

①6s后开始刷新第一个数码管的显示数据。P0.7和P0.6均为低电平，末位数码管亮，P1端口输出B6H，即末位数码管显示5。

②2ms时间后刷新下一个数码管。P0.7为低电平，P0.6为高电平，倒数第二位数码管亮，P1端口输出66H，即倒数第二位数码管显示4。

③2ms时间后刷新下一个数码管。P0.7为高电平，P0.6为低电平，第二位数码管亮，P1端口输出61H，即第二位数码管显示\"3.\"。

④2ms时间后刷新下一个数码管。P0.7和P0.6均为高电平，首位数码管亮，P1端口输出DAH，即首位数码管显示2。

⑤第三个3s之内，一直按照上述顺序不断以2ms的刷新频率进行刷新，数码管从首位到末位一直依次显示“23.45”。直到8.82s（约9s）刷新最后一次：首位数码管显示2。

2

⑷在第9秒至第12秒的时间内，P1端口以0.2ms左右的刷新频率不断按照DAH，60H，FCH，DAH的顺序循环刷新，一直持续3s时间。即在下一个3s时间内一直显示“2012”，如此循环下去，每隔3s变换一次显示数据，每个3s内按2ms频率一直刷新。结果数码管应该按照“2012”→“11.07”→“23.45”的顺序,每次显示3s,无限循环下去.

①下一个循环开始时,刷新第一个数码管的显示数据。P0.7和P0.6均为低电平，末位数码管亮，P1端口输出DAH，即末位数码管显示2。

然后进行下一个循环……

软件调试结束之后，用硬件进行调试。点击run开始运行程序，观察到数码管从首位至末位依次显示“2012”。显示时间持续3s左右之后，数码管从首位至末位开始依次显示“11.07”。显示持续3s左右之后，数码管从首位至末位开始依次显示“23.45”。显示过程中，数码管的亮度没能达到最亮，略微有点暗。显示“23.45”持续约3s之后开始不断循环显示上述数据。结果符合实验要求。

思考题：

1. 数码管采用动态驱动方式时刷新频率应如何选择？为什么？

答：数码管采用动态驱动方式时，刷新时间在理论上应该尽可能要小，即刷新频率要尽可能快。如果刷新时间太长，可能会明显得观察到数码管显示状态下会有一定的抖动，且亮度较暗。刷新时间越长，数码管显示的抖动情况越厉害，亮度也会越暗。尽可能减小刷新时间，增大刷新频率，即可减小数码管显示的抖动，用肉眼观察会呈现长亮的状态，亮度也会随着刷新时间的减小而增大。但是若刷新时间太短，亮度会过大，有可能损坏LED数码管，而且可能来不及显示，用肉眼观察会发现所有数码管的每一段LED灯都处于长亮的状态，即永远显示为“8”。

一般来说，刷新时间应选择10＾-3s，即ms的数量级。本实验选择了2ms的刷新频率。亮度合适，而且肉眼观察没有明显的抖动现象。