基于51單片機的分數計數器設計

余 丹

(江西工業(yè)職業(yè)技術學院，江西 南昌 330096)

1 單片機

單片機是集成在一塊芯片上的計算機，功能強大，質量輕，體積小，供電方便，具有計算機的強大功能。單片機把中央處理器、存儲器、定時/計數器、各種輸入輸出接口等集成在一塊電路芯片上，相當于一個微型的計算機。具有結構簡單、控制功能強、可靠性高、體積小、價格低、使用方便靈活、通用性強等優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等領域[1]。51單片機價格低廉，使用廣泛，本文采用AT89C51型號單片機，搭建硬件電路，采用C語言進行程序設計，實現分數計數器的設計。

2 分數計數器

計數器用于很多場合，可以對一場比賽進行分數計數，也能對貨品數量進行計數。根據不同要求可以采用不同的計數器。計數器可以根據計數范圍、計數方式等來選擇，如1位數計數、2位數計數器、3位數計數器，一般采用LED數碼管顯示，計數方式可以通過按鈕控制，有加按鈕或減按鈕，每次加/減不一樣，就需多個按鈕。根據具體的控制要求，設計出專門的計數器。本文設計1個2位的簡易分數計數器，只有1個按鈕，每按1次按鈕就加1分，采用LED數碼管進行顯示。

3 硬件設計

根據要求分析，2位計數器采用LED數碼管顯示，需要2個LED數碼管，1個按鈕進行加分，要1個按鈕按鍵，按鍵按1次加1分，按2次加2分，即需要加幾分就按幾次。用1塊51單片機結合單片機最小系統(tǒng)電路就能設計，硬件電路如圖1所示。也可以根據分數計數器的實際要求來更改設計，如分數有加有減，可以增加一個減分按鈕，即在此電路上就能更改，變化很小，給設計留有余量，增加功能變換，更改簡單。

圖1 分數計數器硬件圖

LED數碼管能清晰顯示字符，經常用來作為單片機人機對話的輸出設備，用于顯示單片機系統(tǒng)的計算結果、顯示信息等。LED數碼管由7段或8段發(fā)光二極管構成，含有小數點的為8段，不含小數點的為7段數碼管，每一個發(fā)光二極管組成一個段，分別為a、b、c、d、e、f、g、dp段，并且以a段為8位二進制的低位，dp段為最高位。將發(fā)光二極管組合好，就能顯示不同的字符或數字。LED數碼管有共陽、共陰極之分，發(fā)光二極管要點亮，需要連成一個完整電路，有電源端、接地端，發(fā)光二極管有正負極之分，正極對應電源端，負極對應接地端，如果將8個發(fā)光二極管的負極連在一起接低電平，就是共陰數碼管，反之，將8個發(fā)光二極管的正極連在一起接高電平，就是共陽數碼管，本系統(tǒng)采用共陽數碼管。當共陽數碼管的公共端接高電平，該數碼管就能點亮，如果公共端接低電平，該數碼管不能被點亮。采用共陽數碼管，需要某段被點亮，該段應接上低電平，即對應的發(fā)光二極管導通，如顯示數字2，需要a、b、g、e、d段接低電平，其它段接高電平，公共端接高電平。

LED數碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示2種，靜態(tài)顯示就是數碼管顯示字符時，其公共端恒定接低電平(共陰數碼管)或高電平(共陽數碼管)，每個數碼管的8段都由單片機的1個8位I/O端口連接，這種方式需要占用較多單片機I/O端口，硬件成本高，電路復雜，適用于顯示位數少的場合。動態(tài)顯示就是利用人肉眼辨別時間差，合理控制每個數碼管點亮的時間，給人一種是同時點亮的假象，讓多個數碼管看起來是同時被點亮的，呈現穩(wěn)定的顯示。這種方式可以節(jié)省單片機I/O端口，一塊單片機能控制多個數碼管顯示，硬件電路簡單。LED數碼管是靜態(tài)顯示還是動態(tài)顯示，通過程序設計來實現，在硬件電路設計上只需將數碼管公共端是直接接低電平(共陰數碼管)或高電平(共陽數碼管)，還是其公共端由單片機的I/O端口來控制，8段是每個數碼管分別由1個8位的I/O端口來控制，還是全部數碼管都由1個8位的I/O端口來控制。本系統(tǒng)采用數碼管動態(tài)顯示，由P2.0、P2.1端口控制數碼管公共端即位選，P1口控制段選。

計數器的加分按鍵由P0.0端口外接上拉電阻，當按鍵按下時相應P0.0端口為低電平，當按鍵斷開時，P0.0端口為高電平。

4 軟件設計

2位的分數計數器系統(tǒng)采用LED數碼管動態(tài)顯示的方式，先第一個數碼管顯字，關閉第一個數碼管顯字，接著第二個數碼管顯字，關閉第二個數碼管顯字，再循環(huán)第一個數碼管顯字，關閉第一個數碼管顯字，第二個數碼管顯字，這樣的循環(huán)方式，顯示當前的分數。51單片機采用C語言編寫程序，先設計程序流程圖，如圖2所示。

圖2 程序流程圖

在主函數中，while無限循環(huán)，先if判斷是否有按鍵按下，并采用按鍵去抖動，若有按鍵按下，分數就加1，并判斷分數是否達到100，若達到100，就立馬清0，重新開始計數，2位簡易分數計數器計數的最大值為99。2個LED數碼管控制好顯示時間，利用人肉眼的視覺差形成2個LED數碼管同時顯示的假象，穩(wěn)定顯示2位的分數值。數碼管動態(tài)顯示的主要程序為：

P1=0xff;

P2=0x01;//選中第一個數碼管

P1=led[jishu/10];//顯示分數計數器的十位數值

delay(100);

P1=0xff;

P2=0x02;//選中第二個數碼管

P1=led[jishu%10];//顯示分數計數器的個位數值

delay(100);

在Keil C51軟件中編寫好程序，在Proteus仿真軟件中進行如圖1搭建硬件電路，將.HEX文件下載至單片機中，調試程序，可以觀看到2個LED數碼管初始狀態(tài)為00，通過按鍵按下1次，會加1，當顯示99后，再次按下按鍵，會顯示00，重新開始計數。若有實際的硬件電路，可以通過STC-ISP將程序下載至單片機，調試結果與仿真結果一致。可見，基于單片機的2位簡易分數計數器軟硬件設計合理，達到控制要求，實現計數功能。

5 結語

本文以2位簡易分數計數器軟硬件開發(fā)過程為例，通過硬件和軟件設計，在Keil C51軟件中編寫好程序，在Proteus軟件中仿真，查看分數計數器的仿真效果，得出基于單片機的分數計數器設計合理有效的結論。