单片机期末考试：数码管显示按键次数的实战经验

作为一名电子工程专业的学生，我对单片机的应用技术一直充满了浓厚的兴趣。尤其是在大三下学期，我们迎来了《单片机应用技术》这门课程的期末考试。这次考试的内容是设计一个简单的电路，通过数码管显示按键的按下次数。虽然看似简单，但其中涉及到的知识点和技巧却让我受益匪浅。

考试的要求非常明确：我们需要使用8051单片机，通过按键控制数码管显示按键的次数。具体来说，每按一次按键，数码管上就会显示相应的数字，从1开始累加。为了确保按键的稳定性，还需要加入去抖动处理，防止按键多次触发。此外，数码管的显示需要通过7段码进行转换，这就要求我们对7段数码管的工作原理有深入的理解。

### 1. 电路设计

在动手编写程序之前，首先需要设计好电路图。我选择了常见的8051单片机作为主控芯片，并连接了一个4位共阳极数码管和一个独立按键。数码管的每个段选线（a、b、c、d、e、f、g）分别连接到单片机的P0口，而位选线则连接到P2口。按键则连接到P3.0引脚，通过外部中断来检测按键的状态。

### 2. 7段数码管的显示原理

数码管的显示是通过7段码来实现的。每个数码管由7个发光二极管组成，分别对应字母a到g。通过控制这些二极管的亮灭，可以显示出0到9的数字。为了方便编程，我定义了一个数组来存储每个数字对应的7段码：

uchar code table[] = {0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f};

这个数组中的每一个元素都代表了一个数字的7段码。例如，0x3f表示数字0，0x06表示数字1，依此类推。通过查找这个数组，我们可以轻松地将按键次数转换为数码管上的显示。

### 3. 按键去抖动处理

在实际操作中，按键的按下和释放并不是瞬间完成的，而是会有一个短暂的抖动过程。如果不进行去抖动处理，可能会导致按键被多次触发，从而影响计数的准确性。为了避免这种情况，我在程序中加入了延时函数，确保每次按键按下后，单片机会等待一段时间再进行处理。

void delay(uint z) {
  uint x, y;
  for(x = z; x > 0; x--)
    for(y = 110; y > 0; y--);
}

这个延时函数的作用是让单片机在检测到按键按下后，等待一段时间（通常是几毫秒），以确保按键已经稳定。只有当按键状态稳定后，才会进行计数操作。这样可以有效避免按键抖动带来的误触发问题。

### 4. 程序逻辑设计

整个程序的逻辑非常简单，主要分为以下几个步骤：

• 初始化单片机和数码管；
• 进入主循环，不断检测按键状态；
• 如果检测到按键按下，则增加计数器的值，并更新数码管显示；
• 通过延时函数进行去抖动处理，确保按键的稳定性；
• 重复上述过程，直到考试结束。

具体的代码实现如下：

void main() {
  uchar num = 0;
  while(1) {
    if(P3_0 == 0) { // 检测按键是否按下
      delay(10); // 延时去抖动
      if(P3_0 == 0) { // 再次确认按键状态
        num++; // 按键按下，计数器加1
        if(num > 9) num = 0; // 超过9后重置为0
        display(num); // 更新数码管显示
      }
      while(P3_0 == 0); // 等待按键释放
    }
  }
}

### 5. 数码管的动态扫描显示

为了让数码管能够同时显示多个数字，我采用了动态扫描的方式。动态扫描的基本原理是通过快速切换数码管的位选线，使得每个数码管轮流点亮，给人造成所有数码管同时显示的错觉。虽然每个数码管实际上只亮了一小段时间，但由于人眼的视觉暂留效应，看起来就像是所有的数码管都在持续发光。

为了实现动态扫描，我编写了一个专门的显示函数：

void display(uchar num) {
  uchar i;
  for(i = 0; i < 4; i++) {
    P0 = table[num % 10]; // 显示当前数字
    P2 = 1 << i; // 选择当前位选线
    delay(5); // 延时保持显示
    P0 = 0xff; // 关闭数码管
    num /= 10; // 处理下一个数字
  }
}

通过这种方式，我可以轻松地实现多位数码管的动态显示，而不需要额外的硬件资源。

### 6. 总结与反思

这次单片机期末考试不仅让我掌握了数码管显示和按键处理的基本原理，还让我深刻体会到了编程和硬件结合的乐趣。通过这次实验，我学会了如何设计电路、编写程序，并解决实际问题。尤其是按键去抖动和数码管动态扫描这两部分，让我对单片机的应用有了更深入的理解。

当然，在实际操作过程中也遇到了一些挑战。比如，一开始我并没有考虑到按键抖动的问题，导致计数不准确。后来通过查阅资料，加入了延时函数，才解决了这个问题。此外，数码管的动态扫描也需要仔细调试，才能确保显示效果的稳定性。

总的来说，这次考试是一次非常有意义的学习经历。它不仅帮助我巩固了课堂上学到的知识，还让我在实践中发现了更多的可能性。未来，我希望能够继续深入学习单片机的应用技术，探索更多有趣的项目。