物理項目教學設計，用單片機控制四位數碼管顯示

陳松

本項目是利用單片機控制四位數碼管的顯示，根據任務的難易程度可分解為以下四個工作任務：

（1）復習回顧：一個數碼管的顯示;

（2）新課入門：四位數碼管顯示同一數字;

（3）新課提高：四位數碼管顯示不同數字;

（4）新課綜合：用單片機定時器實現四位數碼管顯示電子時鐘。

【學習課時】

根據學生實際情況，項目預計學時16學時，其中復習回顧1學時，新課入門、提高、綜合分別為2學時、4學時、8學時，評價總結為1學時。

【學習目標】

（1）能正確理解數碼管動態掃描原理，掌握定時器在數碼管顯示方面的使用方法和技巧;

（2）能正確操作編程軟件、仿真軟件完成四位數碼管的各種顯示任務;

（3）能在項目完成的過程中發現問題、分析問題、解決問題。

【重點、難點】

數碼管動態掃描原理的理解，定時器的基本功能及編程。

【學情分析】

授課對象為電子技術班A組。該組學生前期已修完數字電路、電子工藝設計、電子EDA和PLC相關課程，學生具備一定理論知識，專業技能較好，喜歡動手實踐，能在老師的引導下主動學習。

【任務準備】

1.硬件：34臺主流配置的聯想計算機，單片機實訓開發板和實訓箱;

2.軟件：偉福、Keil編程開發軟件，proteus仿真軟件，相關教學資源;

3.教學策略：對學生分組——建立合作學習小組（項目開發小組），將不同優勢的學生劃分到一個小組，以保證組內各成員之間的差異性和互補性，保證組內各成員的主動參與與互助合作。保持小組和小組間的綜合能力水平相當，使各小組在完成一系列工作任務時存在公平競爭。使各小組各成員在完成工作任務時有壓力，提高學習積極性、主動性。

【項目實施過程】

【任務一】復習回顧：

一位數碼管顯示，在前段時間，我們學習了一位數碼管顯示數字0-9，請同學們調出當時的proteus仿真電路圖，根據自己的編程經驗，回憶一下，然后回答以下問題：

1.一位數碼管共有_________個引腳，正常情況下，要點亮一個段位，所需電壓值正常為_________V。

2.右側為一位數碼管的引腳圖（如圖1），請在引腳圖上正確標示出各引腳的功能名稱，將（A，B，C，D，E，F，G，DP，COM）正確標示在相關引腳上，并簡述如何進行測試數碼管各段的好壞。

3.用單片機控制一位數碼管顯示，我們學過的編程思路是采用______________程序方式。（傳送指令、取表指令、移位指令）。

START： MOV DPTR， #TABLE ;

MOV R0， #0 ;

LOOP： MOV A， R0 ;

MOVC A， @A+DPTR ;

MOV P0， A ;

INC R0 ;

CJNE R0， #10，LOOP ;

LJMP START ;

5.請將一位數碼管顯示數字0-9的程序流程圖畫在下面位置，并編程調試仿真實現功能。

【任務二】新課入門-四位數碼管顯示同一數字

本項目所使用的電路原理圖（如圖2），請利用proteus軟件進行硬件電路的設計，并簡述電路模塊及其工作原理。

1.四位數碼管的引腳圖（如圖2），請標示出各引腳的名稱，并簡述如何測量其好壞。

2.根據已學過的知識，利用取表指令編程實現四位數碼管顯示四位相同的數字，如“0000”“1111”。

請將程序及流程圖寫在下面空白處，并編程調試仿真實現功能。

思考題：

如何實現四位數碼管所顯示的數字每隔一段時間自動加1，即循環顯示0000，1111，2222，3333，4444，5555，6666，7777，8888，9999。請嘗試編程實現。

3.如何讓單片機實現四位數碼管顯示不同的數字（顯示自己的學號，如1001，1003，1005），請嘗試編程實現。

【任務三】新課提高-四位數碼管顯示不同數字

數碼管動態掃描原理：

動態掃描方法是用其接口電路把所有數碼管的8個筆劃段a～g和dp同名端連在一起，而每一個數碼管的公共極COM各自獨立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有數碼管接收到相同的字形碼。但究竟是哪個數碼管亮，則取決于COM端，COM端與單片機的I/O口相連接，由單片機輸出位碼到I/O控制何時哪一位數碼管亮。

根據動態掃描的原理可以知道，要讓四位數碼顯示不同的數字，我們可以用四個不同的地址來存放每位數碼管所要顯示的值的指針。如要顯示“1234”，那么，需要用四個地址來存放每一位數碼管要顯示數字的指針，即1234的四個地址指針，然后采用動態掃描的方式實現。相當于讓四位數碼管工作在以下狀態：

（1）三極管Q1導通，將數字1的編碼送到P0口，顯示一段時間后三極管Q1截止。

（2）三極管Q2導通，將數字2的編碼送到P0口，顯示一段時間后三極管Q2截止。

（3）三極管Q3導通，將數字2的編碼送到P0口，顯示一段時間后三極管Q3截止。

（4）三極管Q4導通，將數字2的編碼送到P0口，顯示一段時間后三極管Q4截止。

請編寫程序實現四位數碼管顯示自己的學號，如9901，9903，9905，并調試仿真實現功能。

請將程序流程圖寫在下面，并羅列編程過程中碰到的問題或者體會，簡述你是如何排除、解決問題的。（至少1個問題）

思考題：

用單片機實現四位數碼管所顯示的四位數從0000開始隔1S自動加1，直到9999后回到0000，然后循環顯示。

【項目評價】

按任務步驟進行星級評價和評選優勝小組的方式，一方面使學生可以知道自己與別人的差距，另一方面也可檢驗教學的不足。注意每位學生在項目推進中的進步和表現，要經常給予鼓勵;善于總結和比較學生的優點，引導學生學習他人的長處，使學生的綜合能力在總結評估中得到提高。