单片机C语言程序的结构和设计.docx
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单片机C语言程序的结构和设计
实验五单片机C语言程序的结构和设计
一、实验目的
1.掌握单片机C语言的程序结构；
2.掌握单片机C语言程序的编写和调试方法；
3.掌握MSP430FG2553基本I/O控制方法；
4.掌握单片机对外部接口电路的控制方法。
二、实验任务
1.练习调试程序
（1）硬件连接图
（2）原程序存在的问题
①实验要求将L1~L8连接到P2OUT端口上，所以程序中的端口应该采用P2OUT；
②由于程序中用到了P2OUT所有端口作为输出，所以应该首先将P2设置为GPIO；
③实验要求八个LED等应该在亮和灭之间进行循环，所以应该在原程序中加入主循环；
④在延时函数delay（）中，延时时间不够，所以不能够看出灯的闪烁，应该将循环的时间延长；
（3）修改后的程序：
#include"io430.h"
voiddelay（）;
intmain（void）
{
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//关闭看门狗
P2SEL=0;
P2SEL2=0;
P2DIR=0xff;//设置端口1为输出
P2OUT=0xff;
for（;;）
{P2OUT=~P2OUT;//将端口1的值取反后输出
delay（）;//调用函数延时
}
}
voiddelay（）//延时函数
{unsignedintj;
for（j=0;j<0xffff;j++）;}
（3）程序调试方法总结
程序调试时主要使用逐步调试的方法，通过F10和F11使程序逐步运行，有必要时通过view观测register寄存器的相关值的变化，通过观察每一步运行之后相关寄存器的变化，可以初步判断对应程序运行的正确与否，还可以通过设置断点的方式进行局部调试。
对于几个不同调试按钮的使用方法总结如下：
GO属于连续执行，在调试过程中通常与断点同时使用，用于程序的长距离跳转；stepover用于逐步运行程序，但是不会运行到子程序的内部，如本例子中的delay函数，用此按钮时不会运行到delay内部；而stepinto则可以进入子函数内部，通常用来调试子函数，在调试子函数过程中若想跳出子函数可以使用stepout；合理地使用这些指令可以高效的调试程序。
2.控制发光二极管的显示变化
（1）硬件连接图
（2）C语言程序
#include"io430.h"
voiddelay（）;
voidaction_1（）;
voidaction_2（）;
constunsignedcharLED_blink1[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
constunsignedcharLED_blink2[4]={0xdb,0xe7,0x7e,0xbd};
intmain（void）
{
//Stopwatchdogtimertopreventtimeoutreset
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
P2SEL=0;//将P2端口设置为GPIO
P2SEL2=0;
P2DIR=0xff;//方向设定
for（;;）//主循环
{
action_1（）;//子函数调用
action_2（）;
}
}
voiddelay（）//延时函数
{
inti;
for（i=0;i<0xffff;i++）;
}
voidaction_1（）//规律一动作函数
{
intj;
for（j=0;j<=7;j++）
{
delay（）;
P2OUT=~LED_blink1[j];//使输出端口按照表中显示
}
}
voidaction_2（）//规律二动作函数
{
intk;
for（k=0;k<4;k++）
{
delay（）;
P2OUT=LED_blink2[k];//使输出端口按照表中显示
}
}
由于本程序比较简单，并且在上面程序后面附有注释，故不再说明程序的运行原理。
（3）思考
若要使用P1端口控制8个发光二极管，则实验板上的连线方面需要将L1~L8分别用跳线连接至P1.0~P1.7，在程序方面只需要将原程序中用到的P2端口均换成P1端口即可。
3.用按键控制发光二极管的显示变化
（1）硬件连接图
（2）程序设计思路
首先由于在上一个任务中已经实现了两种显示方式的循环显示，所以为实现该任务，只需要在上一个任务的程序中加入按键控制即可。
通过两个将两个P1引脚设置成输入引脚并与按键相连用来检测按键，在上个任务中的程序中，由于两个动作方式是循环进行的，所以只需实现当检测到对应的按键时，使得程序跳出执行某一动作的循环而进入执行另一动作的循环即可。
另外由于子函数一个循环是显示完一个动作，所以也需要在子函数中加入按键检测，当到按键时就跳出循环。
对于按键检测，由于当按下键时与地相连，所以需要给其一个上拉电阻，然后检测按键相连的输入引脚是否为低电平即可。
（3）C语言程序
#include"io430.h"
voiddelay（）;
voidaction_1（）;
voidaction_2（）;//函数声明
constunsignedcharLED_blink1[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
constunsignedcharLED_blink2[4]={0xdb,0xe7,0x7e,0xbd};
intmain（void）
{
//Stopwatchdogtimertopreventtimeoutreset
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
P2SEL=0;
P2SEL2=0;//将P2端口设置为普通IO
P1SEL=0;
P1SEL2=0;//将P1端口设置为普通IO
P2DIR=0xff;//P2设置为输出引脚
P1DIR=0xf0;//P1.0~P1.3设置为输入引脚，其余为输出引脚
P1REN|=BIT0+BIT1+BIT2+BIT3;//P1.0~P1.3上拉电阻使能置为1
P1OUT=0xff;//为P1.0~P1.3接上拉电阻
P1OUT|=BIT7;
for（;;）//主循环
{
for（;;）//动作一执行循环
{
action_1（）;//调用动作一函数
if（（P1IN&BIT3）==0）//当检测到P1IN&BIT3对应按键时执行
{
P1OUT&=~BIT7;//置零P1.7，蜂鸣器工作
delay（）;//延时一段时间
P1OUT|=BIT7;//置位P1.7，蜂鸣器停止
break;//跳出动作一循环，进入动作二循环
}
}
for（;;）//动作二循环
{
action_2（）;//调用动作二函数
if（（P1IN&BIT0）==0）//当检测到P1IN&BIT0对应按键时执行
{
P1OUT&=~BIT7;//蜂鸣器工作
delay（）;//延时一段时间
P1OUT|=BIT7;//蜂鸣器停止
break;//跳出动作二循环，进入动作一循环
}
}
}
}
voidaction_1（）//动作一子函数
{
intj;
for（j=0;j<=7;j++）
{
delay（）;
P2OUT=~LED_blink1[j];
if（（P1IN&BIT3）==0）break;//当检测到按键时立即跳出
}
}
voidaction_2（）//动作二子函数
{
intk;
for（k=0;k<4;k++）
{
delay（）;
P2OUT=LED_blink2[k];
if（（P1IN&BIT0）==0）break;//当检测到按键时立即跳出子函数
}
}
voiddelay（）//延时函数
{
inti;
for（i=0;i<0xffff;i++）;
}
该任务的代码如上所示，该代码中LED灯工作的基本思想与上一任务中的基本相同，程序的说明见程序后的注释，不再赘述。
4.并行方式控制数码管的显示
（1）数码管工作原理
数码管电路的内部结构如下图所示：
如上图所示，数码管的控制电路由两部分组成，一部分是位选信号S1~S4，控制四个数码管的显示与否，当其为高电平时，对应的数码管点亮。
Sa~Sh为数码管段选信号，用于控制八段数码管的显示内容。
所以若想在某个数码管上显示，首先应该给位选信号一个高电平，然后利用段选信号来控制要显示的内容。
（2）硬件连接图
（3）数码管的轮流显示
（a）硬件连接图
硬件连接图如上图所示。
（b）设计思路
将想要显示的内容翻译成数码管的段选信号，并将其存在数组中。
在较短的时间内，使四个数码管的为选信号依次单独为1，同时给相应的数码管段选信号。
（c）C语言程序
#include"io430.h"
//定义一个数码管显示表对应数码管显示为{,,,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,b,C,d,E,F,,,,,G,o,o,d};
unsignedintNUM_tab[27]={0xff,0xff,0xff,0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,
0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff,0xff,0xff,0xff,0x82,0xa3,0xa3,0xa1};
voidprint（intk）;//函数声明
intmain（void）
{
//Stopwatchdogtimertopreventtimeoutreset
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
P1SEL=0;
P1SEL2=0;
P2SEL=0;
P2SEL2=0;//将P1和P2均设置为GPIO
P2DIR=0xff;//P2设置为输出端口
P1DIR=0xff;//P1设置为输出端口
P1OUT&=~（BIT0+BIT1+BIT2+BIT3）;
P1OUT|=BIT0;
intj;
for（j=0;j<20;j++）//数码管上轮流显示上面内容的循环
{
print（j）;//调用函数进行扫描显示
}
for（;;）{print（23）;}//一直显示“Good。
}
voidprint（intk）
{
inta;
for（a=0;a<0x2ff;a++）//循环实现延时
{
if（（a%24）==0）
{P2OUT=NUM_tab[k+3];P1OUT|=BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT&=~BIT3;}
//右边第一个数码管显示
elseif（（a%24）==6）
{P2OUT=NUM_tab[k+2];P1OUT&=~BIT0;P1OUT|=BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT&=~BIT3;}
//右边第二个数码管显示
elseif（（a%24）==12）
{P2OUT=NUM_tab[k+1];P1OUT&=~BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT|=BIT2;P1OUT&=~BIT3;}
//右边第三个数码管显示
elseif（（a%24）==18）
{P2OUT=NUM_tab[k];P1OUT&=~BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT|=BIT3;}
//最左边数码管显示
}
}
（4）设计电子跑表
（a）硬件连接图
硬件连接图与（3）中相同。
（b）设计思路
该任务与上一个任务相似，都是使用四个数码管同时显示数字，由于对于3分钟以内的跑表，每个数码管上显示的内容都是0~9之间，所以同样可以定义数组一次存放0~9，显示时利用循环实现循环显示的功能。
（c）C语言程序
#include"io430.h"
voidseg（）;
intnum3,num2,num1,num0;
intmain（void）
{
unsignedcharNUM_tab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
//Stopwatchdogtimertopreventtimeoutreset
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
P1SEL=0;
P1SEL2=0;
P2SEL=0;
P2SEL2=0;//P1和P2设置为GPIO
P1DIR=0x1f;//P1.0~P1.4设置为输出，其余设置为输入
P2DIR=0xff;//P2设置为输出
P1REN|=BIT5+BIT6+BIT7;//上拉电阻使能
P2OUT=0x00;
P1OUT|=BIT4+BIT5+BIT6+BIT7;//接上拉电阻
inti,j,k;
for（;;）
{
num3=NUM_tab[0];//时钟最高位一直显示0
for（i=0;i<=3;i++）//循环控制时钟分钟个位
{
num2=NUM_tab[i];//分钟个位赋值
if（i==3）
P1OUT&=~BIT4;//当到三分钟时，蜂鸣器工作
else
P1OUT|=BIT4;
for（j=0;j<=5;j++）//时钟秒十位循环控制
{
num1=NUM_tab[j];//时钟秒十位赋值
for（k=0;k<=9;k++）//秒个位循环控制
{
num0=NUM_tab[k];//秒个位赋值
seg（）;//调用显示函数进行显示
if（num2==0xb0&&num1==0xc0&&num0==0xc0）
break;//当计时到三分钟时跳出循环
}
if（num2==0xb0&&num1==0xc0&&num0==0xc0）
break;
}
if（num2==0xb0&&num1==0xc0&&num0==0xc0）
break;
}
}
}
voidseg（）
{
inta;
for（a=0;a<0xff;a++）
{
if（（a%12）==0）
{P1OUT|=BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT&=~BIT3;P2OUT=num0;}
elseif（（a%12）==3）
{P1OUT&=~BIT0;P1OUT|=BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT&=~BIT3;P2OUT=num1;}
elseif（（a%12）==6）
{P1OUT&=~BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT|=BIT2;P1OUT&=~BIT3;P2OUT=num2;}
elseif（（a%12）==9）
{P1OUT&=~BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT|=BIT3;P2OUT=num3;}
}
}
（d）思考题
控制每个数码管显示的延时时间不能太短也不能太长，这是因为若太长则四个数码管显示存在闪烁；若时间太短则数码管亮度太低。
（5）（提高）增加按键控制功能
（a）硬件电路图
（b）设计思路
与LED的按键控制思路相同，当暂停时使数码管处于死循环中，循环显示同一个时刻，当按下开始或者复位键时跳出该循环，若是开始键则运行与上面相同，当按下复位键时使程序从循环最开始运行，并进入死循环，此时一直显示00：
00.
（c）C语言程序
#include"io430.h"
voidseg（）;
intnum3,num2,num1,num0;
intmain（void）
{
unsignedcharNUM_tab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
//Stopwatchdogtimertopreventtimeoutreset
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
P1SEL=0;
P1SEL2=0;
P2SEL=0;
P2SEL2=0;
P1DIR=0x1f;
P2DIR=0xff;
P1REN|=BIT5+BIT6+BIT7;
P2OUT=0x00;
P1OUT|=BIT4+BIT5+BIT6+BIT7;
inti,j,k;
intrst,start;
for（;;）
{
num3=NUM_tab[0];
for（i=0;i<=3;i++）
{
num2=NUM_tab[i];
if（i==3）
P1OUT&=~BIT4;
else
P1OUT|=BIT4;
for（j=0;j<=5;j++）
{
num1=NUM_tab[j];
for（k=0;k<=9;k++）
{
num0=NUM_tab[k];
while（!
start）//未按下开始键时执行循环即暂停
{
seg（）;
if（（P1IN&BIT5）==0||（P1IN&BIT7）==0）break;//当按下开始或者清零时跳出循环
}
if（（P1IN&BIT7）==0）{start=1;rst=0;}//若按下开始键则start=1，rst=0；
if（（P1IN&BIT6）==0）{start=0;rst=0;}//若按下暂停键则start=0，rst=0；
if（（P1IN&BIT5）==0）{start=0;rst=1;}//若按下清零键则start=0，rst=1；
seg（）;
if（（num2==0xb0&&num1==0xc0&&num0==0xc0）||rst==1）//当计时结束或者清零键时跳出循环
break;
}
if（（num2==0xb0&&num1==0xc0&&num0==0xc0）||rst==1）
break;
}
if（（num2==0xb0&&num1==0xc0&&num0==0xc0）||rst==1）
break;
}
}
}
////////////////////数码管显示电路///////////////////
voidseg（）
{
inta;
for（a=0;a<0x1ff;a++）
{
if（（a%12）==0）
{P1OUT|=BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT&=~BIT3;P2OUT=num0;}
elseif（（a%12）==3）
{P1OUT&=~BIT0;P1OUT|=BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT&=~BIT3;P2OUT=num1;}
elseif（（a%12）==6）
{P1OUT&=~BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT|=BIT2;P1OUT&=~BIT3;P2OUT=num2;}
elseif（（a%12）==9）
{P1OUT&=~BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT|=BIT3;P2OUT=num3;}
}
}
5.串行方式控制数码管显示
（1）硬件连接图
（2）设计思路
使用74HC595实现的串行方式控制数码管，与并行方式的唯一差别在于对于一个数码管的显示内容的控制。
并行方式较为简单，直接将对应的值赋给连接段选信号的输出端口即可，而串行方式则需要一位一位地输入，即从高位到低位一次从DS端口输入，每准备好一位数据需要给SHCP一个脉冲读入，输入八位之后给STCP一个脉冲使得数码管进行显示，所以在之前任务的基础上，创建子函数实现这个过程即可，其余相同。
（3）C语言程序
#include"io430.h"
voidseg（）;
voidINPUT（）;
unsignedcharBIT[8]={0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01};
//位测试向量，用于检测对应位上的值
unsignedcharNUM_TAB[27]={0xff,0xff,0xff,0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,
0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff,0xff,0xff,0xff,0x82,0xa3,0xa3,0xa1};
//显示表
intmain（void）
{
//Stopwatchdogtimertopreventtimeoutreset
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
P1SEL=0;
P1SEL2=0;
P2SEL=0;
P2SEL2=0;//设置为GPIO
P2DIR=0xff;
P1DIR=0xff;//设置为输出端口
P1OUT=0x00;
intj;
for（j=0;j<20;j++）//循环实现移动显示
{
seg（j）;
}
for（;;）{seg（23）;}//循环完之后显示Good
}
//********************数码管扫描显示函数***********************//
//由于该部分与之前任务相同不再赘述
voidseg（intk）
{
inta;
for（a=0;a<0x2ff;a++）
{
if（（a%12）==0）
{INPUT（k+3）;P1OUT|=BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT&=~BIT3;}
elseif（（a%12）==3）
{INPUT（k+2）;P1OUT&=~BIT0;P1OUT|=BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT&=~BIT3;}
elseif（（a%12）==6）
{INPUT（k+1）;P1OUT&=~BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT|=BIT2;P1OUT&=~BIT3;}
elseif（（a%12）==9）
{INPUT（k）;P1OUT&=~BIT0;P1OUT&=~BIT1;P1OUT&=~BIT2;P1OUT|=BIT3;}
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