基于51单片机的分数计数器设计

2021-04-14余丹

湖北农机化 2021年3期

余丹

(江西工业职业技术学院，江西南昌 330096)

1 单片机

单片机是集成在一块芯片上的计算机，功能强大，质量轻，体积小，供电方便，具有计算机的强大功能。单片机把中央处理器、存储器、定时/计数器、各种输入输出接口等集成在一块电路芯片上，相当于一个微型的计算机。具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低、使用方便灵活、通用性强等优点，广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器、电子玩具等领域[1]。51单片机价格低廉，使用广泛，本文采用AT89C51型号单片机，搭建硬件电路，采用C语言进行程序设计，实现分数计数器的设计。

2 分数计数器

计数器用于很多场合，可以对一场比赛进行分数计数，也能对货品数量进行计数。根据不同要求可以采用不同的计数器。计数器可以根据计数范围、计数方式等来选择，如1位数计数、2位数计数器、3位数计数器，一般采用LED数码管显示，计数方式可以通过按钮控制，有加按钮或减按钮，每次加/减不一样，就需多个按钮。根据具体的控制要求，设计出专门的计数器。本文设计1个2位的简易分数计数器，只有1个按钮，每按1次按钮就加1分，采用LED数码管进行显示。

3 硬件设计

根据要求分析，2位计数器采用LED数码管显示，需要2个LED数码管，1个按钮进行加分，要1个按钮按键，按键按1次加1分，按2次加2分，即需要加几分就按几次。用1块51单片机结合单片机最小系统电路就能设计，硬件电路如图1所示。也可以根据分数计数器的实际要求来更改设计，如分数有加有减，可以增加一个减分按钮，即在此电路上就能更改，变化很小，给设计留有余量，增加功能变换，更改简单。

图1 分数计数器硬件图

LED数码管能清晰显示字符，经常用来作为单片机人机对话的输出设备，用于显示单片机系统的计算结果、显示信息等。LED数码管由7段或8段发光二极管构成，含有小数点的为8段，不含小数点的为7段数码管，每一个发光二极管组成一个段，分别为a、b、c、d、e、f、g、dp段，并且以a段为8位二进制的低位，dp段为最高位。将发光二极管组合好，就能显示不同的字符或数字。LED数码管有共阳、共阴极之分，发光二极管要点亮，需要连成一个完整电路，有电源端、接地端，发光二极管有正负极之分，正极对应电源端，负极对应接地端，如果将8个发光二极管的负极连在一起接低电平，就是共阴数码管，反之，将8个发光二极管的正极连在一起接高电平，就是共阳数码管，本系统采用共阳数码管。当共阳数码管的公共端接高电平，该数码管就能点亮，如果公共端接低电平，该数码管不能被点亮。采用共阳数码管，需要某段被点亮，该段应接上低电平，即对应的发光二极管导通，如显示数字2，需要a、b、g、e、d段接低电平，其它段接高电平，公共端接高电平。

LED数码管有静态显示和动态显示2种，静态显示就是数码管显示字符时，其公共端恒定接低电平(共阴数码管)或高电平(共阳数码管)，每个数码管的8段都由单片机的1个8位I/O端口连接，这种方式需要占用较多单片机I/O端口，硬件成本高，电路复杂，适用于显示位数少的场合。动态显示就是利用人肉眼辨别时间差，合理控制每个数码管点亮的时间，给人一种是同时点亮的假象，让多个数码管看起来是同时被点亮的，呈现稳定的显示。这种方式可以节省单片机I/O端口，一块单片机能控制多个数码管显示，硬件电路简单。LED数码管是静态显示还是动态显示，通过程序设计来实现，在硬件电路设计上只需将数码管公共端是直接接低电平(共阴数码管)或高电平(共阳数码管)，还是其公共端由单片机的I/O端口来控制，8段是每个数码管分别由1个8位的I/O端口来控制，还是全部数码管都由1个8位的I/O端口来控制。本系统采用数码管动态显示，由P2.0、P2.1端口控制数码管公共端即位选，P1口控制段选。

计数器的加分按键由P0.0端口外接上拉电阻，当按键按下时相应P0.0端口为低电平，当按键断开时，P0.0端口为高电平。

4 软件设计

2位的分数计数器系统采用LED数码管动态显示的方式，先第一个数码管显字，关闭第一个数码管显字，接着第二个数码管显字，关闭第二个数码管显字，再循环第一个数码管显字，关闭第一个数码管显字，第二个数码管显字，这样的循环方式，显示当前的分数。51单片机采用C语言编写程序，先设计程序流程图，如图2所示。

图2 程序流程图

在主函数中，while无限循环，先if判断是否有按键按下，并采用按键去抖动，若有按键按下，分数就加1，并判断分数是否达到100，若达到100，就立马清0，重新开始计数，2位简易分数计数器计数的最大值为99。2个LED数码管控制好显示时间，利用人肉眼的视觉差形成2个LED数码管同时显示的假象，稳定显示2位的分数值。数码管动态显示的主要程序为：

P1=0xff;

P2=0x01;//选中第一个数码管

P1=led[jishu/10];//显示分数计数器的十位数值

delay(100);

P1=0xff;

P2=0x02;//选中第二个数码管

P1=led[jishu%10];//显示分数计数器的个位数值

delay(100);

在Keil C51软件中编写好程序，在Proteus仿真软件中进行如图1搭建硬件电路，将.HEX文件下载至单片机中，调试程序，可以观看到2个LED数码管初始状态为00，通过按键按下1次，会加1，当显示99后，再次按下按键，会显示00，重新开始计数。若有实际的硬件电路，可以通过STC-ISP将程序下载至单片机，调试结果与仿真结果一致。可见，基于单片机的2位简易分数计数器软硬件设计合理，达到控制要求，实现计数功能。