黃慶武 胡婷

摘 要：單片機I/O口控制，一般采用地址分時復(fù)用技術(shù)，LED燈、蜂鳴器、繼電器、數(shù)碼管等是基于單片機外設(shè)控制的電子系統(tǒng)的常見外設(shè)，采用數(shù)組法，根據(jù)I/O口的特征，對應(yīng)建立一維數(shù)組或二維數(shù)組，分別對控制外設(shè)的地址和參數(shù)進(jìn)行賦值，較過去常用的逐位選擇取值法，編程代碼結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實現(xiàn)相同控制功能指令，執(zhí)行指令速度更快，代碼可復(fù)用性強，實現(xiàn)功能思路簡單明了。

關(guān)鍵詞：數(shù)組法;鎖存器;賦值;LED;繼電器;數(shù)碼管

中圖分類號：TP202? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）13-0006-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.13.002

0? ? 引言

單片機體積小、質(zhì)量輕，廣泛應(yīng)用于智能儀表、實時工控、通信設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等領(lǐng)域。從20世紀(jì)90年代開始，單片機技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，無論是自動測量還是智能儀表的實踐，都能看到單片機技術(shù)的身影[1]。當(dāng)前工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，電子行業(yè)屬于新興產(chǎn)業(yè)，人們將電子信息技術(shù)與單片機技術(shù)相融合，有效提高了單片機應(yīng)用效果。

IAP15F261S2型單片機是STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，采用STC第八代加密技術(shù)，是集高速、高可靠、低功耗、超強抗干擾等功能于一體的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051、ISP/IAP系列型號，在系統(tǒng)/應(yīng)用可編程，無須編程器，無須仿真器，內(nèi)部集成R/C時鐘，ISP編程時5～35 MHz寬范圍可設(shè)置，可徹底省去外部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路，LQFP44是44引腳的常用封裝形式。

1? ? 常用IAP15F261S2型單片機外設(shè)控制電路組成及原理

以典型IAP15F261S2型單片機外設(shè)控制如國信長天V20CT107S控制板為例，介紹外設(shè)器件控制原理，該控制板主要用于全國大學(xué)生藍(lán)橋杯電子設(shè)計競賽，具有較好的單片機外設(shè)控制的通用性，控制板主要外設(shè)包含有74HC138譯碼器、74HC02或非門電路芯片、M74HC573MIR鎖存器、ULN2003耐高壓大電流驅(qū)動芯片、LED燈、繼電器、蜂鳴器、DS17SEG-4數(shù)碼管、1 kΩ大小阻值電阻。單片機的P0端口，通過程序控制外設(shè)LED燈、繼電器、蜂鳴器、數(shù)碼管的通斷，為能實現(xiàn)4種外設(shè)的同步控制，采用了以P2端口P25、P26、P27引腳為地址的分時復(fù)用技術(shù)，74HC138譯碼器的A、B、C分別與之相連接，通過程序控制P25、P26、P27引腳地址變化，實現(xiàn)74HC138譯碼器Y0-Y7通路的低電平輸出，該部分電路原理圖如圖1所示。Y4、Y5、Y6、Y7引腳與或非門芯片74HC02的U24、U25、U26、U27連接，或非門芯片的輸出狀態(tài)由P2端口P25、P26、P27引腳狀態(tài)確定，或非門輸出狀態(tài)為高電平時，使能鎖存器M74HC573MIR，通過對P0端口的狀態(tài)的鎖存，達(dá)到分時復(fù)用的功能，該部分電路原理圖如圖2所示[2]。通過鎖存器的Q1至Q8輸出端，實現(xiàn)LED燈、繼電器、蜂鳴器、數(shù)碼管等外設(shè)的控制。

2? ? 傳統(tǒng)單片機外設(shè)控制思路及程序?qū)崿F(xiàn)方法

傳統(tǒng)單片機P0端口分時復(fù)用思路是根據(jù)控制目的需要，將P0端口賦值，使用選擇結(jié)構(gòu)程序，將P2端口賦值，使對應(yīng)的74HC138譯碼器通路導(dǎo)通，74HC138譯碼器輸出信號與74HC02或非門電路邏輯計算，計算結(jié)果使能M74HC573MIR鎖存器，隨后將P2端口賦零值，P0端口狀態(tài)得以保存。以數(shù)碼管第一位顯示為例，對端口定義部分代碼，參考如下[3]：

void shumaguanshow（unsigned char position，unsigned char value）

{

switch（position）

{

case 1： P0=0x01;P2=（P2&0x1f）|0xc0;P2=

P2&0x1f;

{

if（value==0） {P0=0xc0;P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2=P2&0x1f;break;}

if（value==1） {P0=0xf9;P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2=P2&0x1f;break;}

if（value==2） {P0=0xa4;P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2=P2&0x1f;break;}

if（value==3） {P0=0xb0;P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2=P2&0x1f;break;}

if（value==4） {P0=0x99;P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2=P2&0x1f;break;}

if（value==5） {P0=0x92;P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2=P2&0x1f;break;}

if（value==6） {P0=0x82;P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2=P2&0x1f;break;}

if（value==7） {P0=0xF8;P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2=P2&0x1f;break;}

if（value==8） {P0=0x80;P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2=P2&0x1f;break;}

if（value==9） {P0=0x90;P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2=P2&0x1f;break;}

}

}

}

上述代碼僅對第1位數(shù)碼管的0～9的10個狀態(tài)值進(jìn)行顯示，如要求顯示更多狀態(tài)值，則可按此規(guī)則編程，2至8位的數(shù)碼管的狀態(tài)顯示，通過復(fù)制上述代碼中的狀態(tài)值即可。此方法思路清晰，通過數(shù)碼管的1至8位的位置選擇，隨后對數(shù)碼管賦值，即可實現(xiàn)數(shù)碼管的按位顯示功能，如要實現(xiàn)連續(xù)顯示，可利用人眼的視覺差，使用延時函數(shù)或定時器進(jìn)行控制。如編寫一個數(shù)碼管完整顯示函數(shù)代碼，代碼長度將超過200行，該方法存在代碼結(jié)構(gòu)復(fù)雜、執(zhí)行時間長、重復(fù)率高等不足。關(guān)于LED通路及繼電器、蜂鳴器通路分析類似，此代碼編寫思路方法給編程者造成了困難。

有關(guān)LED燈通路控制的程序代碼，過去常用的編寫方式如下：

void ledshow（unsigned char position，unsigned char value）

{

switch（position）

{

case 1：

if（value==1）{P0=0xfe;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

if（value==0）{P0=0xff;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

case 2：

if（value==1）{P0=0xfd;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

if（value==0）{P0=0xff;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

case 3：

if（value==1）{P0=0xfb;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

if（value==0）{P0=0xff;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

case 4：

if（value==1）{P0=0xf7;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

if（value==0）{P0=0xff;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

case 5：

if（value==1）{P0=0xef;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

if（value==0）{P0=0xff;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

case 6：

if（value==1）{P0=0xdf;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

if（value==0）{P0=0xff;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

case 7：

if（value==1）{P0=0xbf;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

if（value==0）{P0=0xff;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

case 8：

if（value==1）{P0=0x7f;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

if（value==0）{P0=0xff;P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;break;}

}

}

同樣，該方法代碼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重復(fù)率高，有改進(jìn)及優(yōu)化的空間，依據(jù)此方法，編寫相關(guān)P0端口的繼電器及蜂鳴器通路分時復(fù)用控制代碼，在此不再描述。

3? ? 數(shù)組法控制單片機外設(shè)的思路方法及實現(xiàn)

為解決上述代碼問題，若采用數(shù)組法，分別將數(shù)碼管的位置選擇值和顯示狀態(tài)值定義為數(shù)組變量值，通過賦值語句直接對數(shù)組取值，可有效減少代碼量重復(fù)率，同時不再使用選擇結(jié)構(gòu)語句，代碼復(fù)雜程度降低，整體結(jié)構(gòu)簡單易懂。以數(shù)碼管為例，使用數(shù)組法的參考代碼如下：

unsigned char smg_position[]={0，1，2，4，8，16，32，64，

128};

unsigned char smg_value[]={0xc0，0xf9，0xa4，0xb0，

0x99，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90，0xbf};

void smg（unsigned int position，unsigned int value）

{

P0=smg_position[position];P2=（P2&0x1f）|0xc0;P2=P2&0x1f;

P0=smg_value[value];P2=（P2&0x1f）|0xe0;P2=P2&0x1f;

}

在上述代碼中，數(shù)組變量smg_position[]定義為數(shù)碼管位置選擇值，由于在數(shù)組定義中，數(shù)組變量地址從0開始，而數(shù)碼管位置值為1至8，為此在數(shù)組變量smg_position[]中，將smg_position[0]定義為0，數(shù)組變量smg_value[]中，首地址值為1，故保持不變。上述7行代碼即可實現(xiàn)原思路方法200行以上代碼的顯示功能[4]。

關(guān)于LED通路的數(shù)組法編程代碼，由于LED燈的狀態(tài)顯示，則需定義一個二維數(shù)組，二維數(shù)組的行值為LED燈的位置選擇位，二維數(shù)組的列值為LED燈的狀態(tài)顯示。數(shù)組地址定義為以0為首地址，故關(guān)狀態(tài)值（即0）在前，開狀態(tài)值（即1）在后，同樣在二維數(shù)組的第0行補一行{0，0}代碼，LED燈的顯示，使用數(shù)組法的參考代碼如下[5]：

unsigned char LED_position_value[][2]= {{0，0}，{0xff，0xfe}，{0xff，0xfd}，{0xff，0xfb}，{0xff，0xf7}，{0xff，0xef}，{0xff，0xdf}，{0xff，0xbf}，{0xff，0x7f}};

void ledshow（unsigned char position，unsigned char value）

{

P0=LED_position_value[position][value];P2=（P2&0x1f）|0x80;P2=P2&0x1f;

}

關(guān)于繼電器與蜂鳴器通路的數(shù)組法編程代碼，對于部分未使用P0端口值，又占有數(shù)組中的位置，不得將其刪除，而應(yīng)以代碼{0，0}代替，同理第0行補一行{0，0}代碼，繼電器及蜂鳴器電路功能實現(xiàn)，使用數(shù)組法編程的參考代碼如下：

unsigned char JDFM_position_value[][2]=

{{0，0}，{0，0}，{0，0}，{0，0}，{0，0}，{0，0x10}，{0，0}，{0，0x40}，{0，0}};

void JDFMshow（unsigned char position，unsigned char value）

{

P0=JDFM_position_value[position][value];P2=（P2&0x1f）|0xa0;P2=P2&0x1f;

}

4? ? 實驗效果驗證

利用keil5軟件，完善主函數(shù)功能代碼，并生成.hex文件，使用STC_ISP代碼下載軟件，對控制板進(jìn)行程序燒寫。以數(shù)碼管顯示20240328、LED燈第1和第8盞燈點亮為例，主函數(shù)的代碼參考如下[6]：

void main（）

{

while（1）

{

smg（1，2）;Delay1000us（）;

smg（2，0）;Delay1000us（）;

smg（3，2）;Delay1000us（）;

smg（4，4）;Delay1000us（）;

smg（5，0）;Delay1000us（）;

smg（6，3）;Delay1000us（）;

smg（7，2）;Delay1000us（）;

smg（8，8）;Delay1000us（）;

Ledshow（1，1）;Delay1000us（）;

Ledshow（8，1）;Delay1000us（）;

}

}

數(shù)碼管及LED燈的顯示效果如圖3所示，而繼電器和蜂鳴器（發(fā)聲）無視覺效果，在此不作顯示。

5? ? 結(jié)論

本文通過數(shù)組法，實現(xiàn)了IAP15F261S2型單片機P0端口的分時復(fù)用功能，代碼編寫思路清晰，結(jié)構(gòu)簡單，具有較好的實用性，為單片機端口的外設(shè)控制提供了一種新的方法。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 宏晶STC官網(wǎng).STC15系列單片機用戶手冊[Z]，2023.

[2] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].6版.北京：高等教育出版社，2016.

[3] 王英明，張露露，蔣林，等.C語言程序設(shè)計[M].5版.北京：清華大學(xué)出版社，2022.

[4] 林立，張俊亮.單片機原理及應(yīng)用[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2024.

[5] 徐廣振，劉小莉.單片機技術(shù)應(yīng)用項目化教程（C語言版）[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2021.

[6] 皮大能，胡學(xué)芝.單片機控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)[J].機械制造與自動化，2005（2）：117-119.

作者簡介：黃慶武（1981—），男，湖北黃石人，碩士研究生，助理講師，研究方向：電氣與電子技術(shù)。

胡婷（1996—），女，湖北武漢人，碩士研究生，助理講師，研究方向：計算機與人工智能技術(shù)。