# 效果





只能是共阳数码管：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00003.png)


# 模块

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00004.png)


![在这里插入图片描述](/static/img/images/00005.png)


# 芯片介绍

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00006.png)


TM1637芯片是一种常用于LED数码管显示控制的驱动芯片，下面是各引脚的详细说明：

1. **DIO (Data Input/Output)** - **管脚号: 17**

   - 功能: 串行数据输入/输出，DIO引脚在SCLK的低电平时接收数据，在SCLK的高电平时传输数据。每传输一个字节时，在第八个时钟的下降沿芯片内部将产生一个ACK信号。

2. **CLK (Clock Input)** - **管脚号: 18**

   - 功能: 时钟输入，数据在上升沿输入/输出。

3. **K1~K2 (Key Scan Data Input)** - **管脚号: 19-20**

   - 功能: 键扫数据输入，引脚的数据在显示周期结束后被锁存。

4. **SG1~SG8 (Segment Outputs)** - **管脚号: 2-9**

   - 功能: 段输出，用于控制数码管的段显示，也可用于键扫描。N管开漏输出。

5. **GRID6~GRID1 (Grid Outputs)** - **管脚号: 10-15**

   - 功能: 位输出，用于控制数码管的位显示。P管开漏输出。

6. **VDD (Logic Power Supply)** - **管脚号: 16**

   - 功能: 逻辑电源，提供5V±10%的电源电压。

7. **GND (Ground)** - **管脚号: 1**

   - 功能: 逻辑地，连接到系统地。

TM1637芯片通过上述引脚与外部电路进行连接，控制LED数码管的显示以及键盘扫描功能。


# code

```clike
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2
```

【TB作品】TM1637芯片数码管，PIC16单片机驱动显示，Proteus仿真

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# 功能

带闹钟和花样流水灯的LCD数显实时时钟设计（运用DS1302时钟模块，LCD显示，带万年历，时间到响音乐显示花样流水灯）

万年历显示

按键设置时间、闹钟

闹钟到了后音乐响、流水灯亮，维持10秒后自动关闭

# 硬件原理图

## LCD1602

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00014.png)

## 独立按键

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00015.png)

## LED灯

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00016.png)

## ds1302

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00017.png)

## 蜂鸣器

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00018.png)

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00019.png)


# 引脚汇总
```
### 1. LCD1602 显示屏连接
- RS (寄存器选择): P2 ^ 6
- RW (读写): P2 ^ 5
- EN (使能): P2 ^ 7
- 数据端口: P0 ^ 0 至 P0 ^ 7
### 2. 独立按键连接
- 按键1 (KEY_01): P3 ^ 0
- 按键2 (KEY_02): P3 ^ 1
- 按键3 (KEY_03): P3 ^ 2
- 按键4 (KEY_04): P3 ^ 3
### 3. LED 灯连接
- LED1: P2 ^ 0
- LED2: P2 ^ 1
- LED3: P2 ^ 2
- LED4: P2 ^ 3
- LED5: P2 ^ 4
- LED6: P2 ^ 5
### 4. DS1302 实时时钟模块连接
- RST (复位): P3 ^ 5
- SCLK (时钟): P3 ^ 6
- IO (数据输入/输出): P3 ^ 4
### 5. 蜂鸣器连接
- BEEP: P1 ^ 5
```

# 按键功能

这个单片机万年历程序的按键功能如下：

1. **按键 `key == 1`：**  

   - 主要用于切换设置项。  

   - 每按一次，`set` 值加 1（并在 0 到 9 之间循环），对应主页面和设置不同时间参数的界面。

   - `set = 0` 表示主页面，`set = 1 ~ 6` 分别对应秒、分、时、日、月、年的设置，`set = 7 ~ 9` 对应闹钟的秒、分、时设置。

2. **按键 `key == 2`：**  

   - 主要用于增加当前设置项的值。  

   - 根据 `set` 的值，增加相应的时间参数，比如 `set == 1` 时增加秒，`set == 2` 时增加分，依此类推。  

   - 对于日期和月份的设置，代码考虑了不同月份的天数及闰年规则。

3. **按键 `key == 3`：**  

   - 主要用于减少当前设置项的值。  

   - 同样根据 `set` 的值，减少相应的时间参数。  

   - 日期和月份的减少也考虑了月份天数和闰年的规则。

4. **按键 `key == 4`：**  

   - 退出设置模式，重置 `set` 为 0 并清除 LCD 显示，回到主界面。  

   - 最后调用 `set_time(&rtctime);` 函数应用设置后的时间，并刷新显示。

这个按键处理程序通过不同的按键实现了对时间和闹钟参数的设置和调整，且在日期设置中包含了对闰年的判断。通过 `set` 的值来区分不同的设置项目，并用 `key` 不同的值实现切换、增加、减少和确认操作。

# code

```clike
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2
```

【TB作品】普中V2，数字时钟万年历显示，音乐闹钟，流水灯，Proteus仿真

通信聊天





任务要求：

用单片机实现与串口调试助手的通信，具体功能如下:

1、通过蓝牙模块（需要领取，如果使用笔记本电脑做该题，则只需要领取一个蓝牙模块，如果使用台式机则需要领取两个蓝牙模块外加一条USB转TTL线，尽量使用笔记本电脑，简化工作，学院的USB转TTL线并不多）实现与电脑串口调试助手的连接；（15分）

2、设定单片机的两种运行模式：接收消息/发送消息，同时按下按键A6和A7进行模式切换；（20分）

3、实现由电脑串口调试助手发送字母或数字给单片机，并由开发板OLED显示出来。(20分)

4、从PC端串口助手发送一个字符串到单片机，OLED显示屏显示该字符串，并通过按键上下左右选择其中任意一个字符，并将选中的字符发送回PC端。其中按键A4为上移方向、A5为下移方向、A6为左移方向、A7为右移方向。（25分）

5、单片机发送字符成功后流水灯亮起，接收到消息后蜂鸣器发出短暂声响。（20分）

# 实验报告

## 1. 实验背景

本实验旨在通过单片机实现与串口调试助手的通信，包含接收和发送消息、显示和选择字符串字符以及通过按键实现字符选择和发送的功能。硬件组件包括单片机、蓝牙模块、LCD1602显示屏、蜂鸣器、小灯流水灯和矩阵键盘。通过本实验，可以深入了解单片机串口通信及蓝牙模块的应用，并熟悉LCD显示及按键控制。

## 2. 硬件介绍与连接

### 2.1 硬件清单

- 单片机（如STC89C52）

- 蓝牙模块（如HC-05）

- LCD1602显示屏

- 蜂鸣器

- 小灯流水灯

- 矩阵键盘

- 其他必要的连接线和电阻

### 2.2 硬件连接

1. **蓝牙模块连接**

   - VCC -> 5V

   - GND -> GND

   - TXD -> RXD (单片机的串口接收引脚)

   - RXD -> TXD (单片机的串口发送引脚)

2. **LCD1602显示屏连接**

   - VCC -> 5V

   - GND -> GND

   - RS -> P2.6

   - RW -> P2.5

   - EN -> P2.7

   - 数据引脚 -> P0

3. **矩阵键盘连接**

   - 键盘引脚分别连接到单片机的P1口，如下：

     - key_10 -> P1.7

     - key_11 -> P1.6

     - key_12 -> P1.5

     - key_13 -> P1.4

     - key_14 -> P1.3

     - key_15 -> P1.2

     - key_16 -> P1.1

     - key_17 -> P1.0

4. **蜂鸣器连接**

   - BEEP -> 单片机P2.5引脚

5. **小灯流水灯连接**

   - 流水灯连接到单片机的P2.0到P2.3引脚

## 3. 设计原理

### 3.1 模式选择

- 单片机通过按键实现两种模式的切换：接收模式和发送模式。

- 按下按键时，模式在接收和发送之间切换，并在LCD显示屏上更新显示。

### 3.2 字符接收与显示

- 通过串口助手发送字符到单片机，单片机接收到字符后，存储到接收缓冲区，并在LCD1602显示屏上显示。

### 3.3 字符选择与发送

- 从PC端串口助手发送一个字符串到单片机，LCD显示屏显示该字符串。

- 用户通过按键选择字符串中的任意字符，并将选中的字符发送回PC端。

- 按键A4为上移，A5为下移，A6为左移，A7为右移。

### 3.4 发送与接收确认

- 单片机成功发送字符后，流水灯亮起。

- 接收到消息后，蜂鸣器发出短暂声响，提示用户。

## 4. 电路原理

### 4.1 串口通信原理

- 使用单片机的串口进行通信，配置波特率为9600bps。

- 通过蓝牙模块实现无线通信，单片机接收和发送数据。

### 4.2 LCD1602显示原理

- 使用并行通信控制LCD1602显示屏，显示接收到的字符串和光标位置。

- 根据接收的字符串长度进行显示更新和换行。

### 4.3 按键控制原理

- 检测按键的状态，根据按键输入控制光标的移动和模式的切换。

### 4.4 蜂鸣器与流水灯控制

- 使用单片机的I/O引脚控制蜂鸣器和流水灯，根据接收和发送的状态进行提示。

## 5. 程序设计原理

### 5.1 初始化

- 初始化串口、LCD1602显示屏、按键和中断。

- 设置定时器，用于定时检测按键状态和数据接收状态。

### 5.2 主程序

- 进入主循环，持续检测按键输入和串口接收状态。

- 根据模式进行数据接收和发送的处理。

### 5.3 串口中断服务程序

- 接收数据并存储到接收缓冲区。

- 根据接收完成标志进行蜂鸣器提示。

### 5.4 按键处理程序

- 根据按键输入控制光标的移动和模式的切换。

- 发送选中的字符到PC端，并更新发送成功标志。

### 5.5 显示刷新程序

- 根据接收的数据更新LCD显示屏的内容。

- 显示光标位置和当前选中的字符。

## 6. 代码实现分析

### 6.1 硬件定义

- 矩阵键盘的引脚定义：`P1.7` 到 `P1.0`

- LCD1602显示屏的引脚定义：`P2.6`、`P2.5`、`P2.7` 和 `P0` 口作为数据端口

- 蜂鸣器引脚定义：`P2.5`

- 小灯流水灯的引脚定义：`P2.0` 到 `P2.3`

### 6.2 按键扫描

通过扫描矩阵键盘的按键状态，确定按键值并进行去抖动处理，返回按键值。

```c
unsigned char read_key(void) {
    // 按键扫描逻辑
}
unsigned char getkey0(unsigned char mode) {
    // 去抖动处理和按键状态判断
}
```

### 6.3 LCD1602显示控制

通过LCD1602显示屏初始化、字符显示、字符串显示和光标位置设置等函数，实现显示屏的控制。

```c
void LCD_write_com(unsigned char com) {
    // 写命令到LCD
}
void LCD_write_data(unsigned char dataa) {
    // 写数据到LCD
}
void LCD_write_char(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char dataa) {
    // 在指定位置写字符
}
void SetCurPosition(unsigned char x, unsigned char y) {
    // 设置光标位置
}
void LCD_init(void) {
    // 初始化LCD
}
```

### 6.4 串口通信

通过串口初始化、发送数据和接收数据中断处理，实现与PC端串口助手的通信。

```c
void send(unsigned char dat) {
    // 发送数据到串口
}
void SerInit(void) {
    // 初始化串口
}
void Uart_isr() interrupt 4 {
    // 串口中断服务程序
}
```

### 6.5 按键处理和显示更新

根据按键输入处理光标移动和模式切换，更新显示内容。

```c
void ProcessKeyInput(unsigned char keyinput) {
    // 按键处理逻辑
}
void OLED_DisplaysCertainLengthString(unsigned char *chr, unsigned char len) {
    // 显示一定长度的字符串
}
```

### 6.6 蜂鸣器和流水灯控制

通过蜂鸣器和流水灯的控制函数，提示发送和接收状态。

```c
void BeepAlarm(void) {
    // 控制蜂鸣器发声
}
void led_light(void) {
    // 控制流水灯亮起
}
```

## 7. 实验总结

通过本次实验，我们实现了单片机与串口调试助手的通信，掌握了蓝牙模块的应用，熟悉了LCD1602显示屏的控制方法。通过按键的交互操作，实现了字符的选择和发送，增强了对单片机控制的理解。同时，通过流水灯和蜂鸣器的提示，提升了用户体验。实验中我们遇到了一些问题，但通过调试和解决，使得系统能够稳定运行，达到了预期的效果。

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00140.png)

作品：
```clike
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2
```

【TB作品】51单片机，普中板子，通信聊天

# 功能





万年历

任务要求：

制作一个万年历，具有显示时间、日期、温度、湿度、闹钟功能。

1、OLED显示屏上显示日期和时钟（显示到秒，时间可走动）；（20分）

2、通过开发板上的温度传感器采集当前环境温度并显示在显示屏上；（20分）

3、通过湿度传感器采集当前环境湿度并显示在显示屏上；（20分）

4、通过独立按键设置闹钟，并在OLED上显示设置的闹钟时间，到达闹钟时间时蜂鸣器发出声响并持续一段时间，同时D1~D8以流水灯形式亮起；（20分）

5、日期为滚动特效；（20分）


注意：sbit DS18B20_PORT = P1 ^ 0;    //DS18B20数据口定义

sbit DHT11_DB = P1 ^ 1;

需要自行买ds18b20模块和dht11模块

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00161.png)

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00162.png)

演示视频：
```bash
链接：https://pan.baidu.com/s/1pKQ7XmnxbplJ_hJ1Z6XPRg?pwd=tpqv 
提取码：tpqv 
```


```bash
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2
```

【TB作品】普中51-实验板，万年历

./taobaozuopin.json```bash

https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2
```


四、超声波测距

任务要求：

设计一款利用超声波测距的装置，测量的距离超出某一上限或下限值，应有报警功能，其基本功能如下：

1、用超声波模块（需要领取）测量某个障碍物的距离；（20分）

2、可通过按键修改上下限报警值；（10分）

3、 在OLED屏上实时显示所测障碍物距离、已设定的距离测量的上下限报警值；（20分）

4、当超声波模块测的距离大于设定的上限值时，蜂鸣器以0.5Hz的频率报警。当超声波模块测得的距离小于设定的下限值时，蜂鸣器持续报警；（30分）

5、当超声波模块测得的距离处于设定的上限值和下限值之间时，蜂鸣器停止鸣叫，LED灯模块按D1~D8的顺序，两个两个地循环亮起；（20分）

注意：51单片机板子在做该题目时，存在OLED占用两个LED引脚的情况，原则上先保证OLED的正常工作，led的流水循环亮效果可以跳过被占用的两个LED引脚。

附加题：

1、具有数据保存按键，按下按键可以保存当前测定的距离数值;

2、具有历史数据查看按键，按下按键可查看1中保存的距离数据（至少保存3组数据），按一次调出一组数据，再按一次调出下一组数据，查看完最后一组数据后从第一组数据重新展示，循环往复。

【注释】

1、超声波模块需要同学们自己接，手柄板有专门的超声波模块接口，如需详细了解其引脚连接，可查看手柄板原理图，更多模块信息请参考说明书或网络资料。

2、按键功能的设置：使用按键A4进行上限报警值的上调，A5进行上限报警值的下调；使用按键A7进行下限报警值的上调，A6进行下限报警值的下调。调节的步进值均为1m。芯片板插槽为一字型的按键代号为P批次的板子，P14和超声波模块启动口冲突，可以换成P11或者P12。

3、附加任务中，同时按下按键A4和A5，进行数据的保存，同时按下按键A6和A7进行历史数据的查看。

【TB作品】51单片机，MSP430单片机，STM32单片机，超声波测距

./taobaozuopin.json```bash

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```

三、通信聊天

任务要求：

用单片机实现与串口调试助手的通信，具体功能如下:

1、通过蓝牙模块（需要领取，如果使用笔记本电脑做该题，则只需要领取一个蓝牙模块，如果使用台式机则需要领取两个蓝牙模块外加一条USB转TTL线，尽量使用笔记本电脑，简化工作，学院的USB转TTL线并不多）实现与电脑串口调试助手的连接；（15分）

2、设定单片机的两种运行模式：接收消息/发送消息，同时按下按键A6和A7进行模式切换；（20分）

3、实现由电脑串口调试助手发送字母或数字给单片机，并由开发板OLED显示出来。(20分)

4、从PC端串口助手发送一个字符串到单片机，OLED显示屏显示该字符串，并通过按键上下左右选择其中任意一个字符，并将选中的字符发送回PC端。其中按键A4为上移方向、A5为下移方向、A6为左移方向、A7为右移方向。（25分）

5、单片机发送字符成功后流水灯亮起，接收到消息后蜂鸣器发出短暂声响。（20分）

附加题：

自行编写上位机软件与单片机通信，编程语言不限，基本功能必须有发送数据和接收数据并显示的功能。

【注释】

1、已提供串口调试助手软件；

2、蓝牙模块需要同学们自己外接，手柄板上有现成的接口，如需详细了解其引脚连接，可查看手柄板原理图。此部分涉及知识为串口通讯，蓝牙模块更多信息请参考说明书或网络资料。

3、请同学们根据自己情况搭配杜邦线（学院每位同学提供五根）与口袋开发板外接引脚（排针）连接，详见实验板数据手册。

【TB作品】51单片机，MSP430单片机，STM32单片机，通信聊天

./taobaozuopin.json```bash

https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2
```


二、 简易波形发生器 （限MSP430、STM32单片机）

任务要求：

制作一个简易波形发生器，具有如下功能：

1、能够产生方波、正弦波，并可通过示波器观察到；（30分）

2、可通过按键切换2种波形的产生；（20分）

3、在OLED显示屏上显示当前输出的波形类型的名称、频率和幅值；（20分）

4、通过独立按键修改波形的频率、幅值；（10分）

5、LED1~LED8同时亮起，且输出波形的幅值越大，LED灯亮度越大。（20分）

附加题：

在本题基础上，增加产生三角波的功能。

【注释】

1、本题目需要用到DA输出模块和独立按键模块，其引脚连接可查询手柄板原理图，更多模块信息请参考说明书或网络资料。

2、由于开发板的DA 转换器参考电压为2.048V，故输出波形幅值不能大于2V。

3、在通过按键进行幅值和频率的设置时，通过按键A6切换两种波形的产生，通过按键A7进行频率设置和幅值设置的切换，按键A4为幅值或频率上调键，按键A5为幅值或频率的下调键（芯片板插槽为一字型的按键代号为P批次的板子，请参考注意事项中的第八条）。

4、附加任务中，使用按键A6进行三种波形的切换，其他按键功能不变。

5、对于所产生的波形频率和幅值不做要求。如采用下方提到的“简易示波器”进行程序调试，简易波形频率在1到5赫兹之间。

考虑到同学们假期里可能找不到示波器进行试验，现提供板载简易示波器程序（基于口袋开发板的简易示波器，以附件形式发放）。该程序通过单片机内部AD采样通道采集信号，并将波形显示于手柄板OLED显示屏上。如同学们需要使用，请在该程序的基础上添加本题的程序。使用效果见下图：

 

图一 板子输出锯齿波并且通过自身AD采样将其显示

 

图二 上图锯齿波在真实示波器上的对比效果

“示波器程序”仅提供波形信号采集和显示，原程序采样周期20ms，未提供波形发生的程序，这部分正是同学们需要自己完成的。简易示波器仅提供波形显示，如需其它详细功能，请同学们自行完善。

“简易示波器”具体使用方法见附件！由于STC89C51单片机无内部ADC，故无“简易示波器”功能，51的同学们选择该题请三思！

【TB作品】51单片机，MSP430单片机，STM32单片机，简易波形发生器

./taobaozuopin.json```bash

https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2
```


二年级口袋开发板学年任务

一、 万年历

任务要求：

制作一个万年历，具有显示时间、日期、温度、湿度、闹钟功能。

1、OLED显示屏上显示日期和时钟（显示到秒，时间可走动）；（20分）

2、通过开发板上的温度传感器采集当前环境温度并显示在显示屏上；（20分）

3、通过湿度传感器采集当前环境湿度并显示在显示屏上；（20分）

4、通过独立按键设置闹钟，并在OLED上显示设置的闹钟时间，到达闹钟时间时蜂鸣器发出声响并持续一段时间，同时D1~D8以流水灯形式亮起；（20分）

5、日期为滚动特效；（20分）

附加题：

1、可以通过按键修改日期和时间（类似于手动调电子手表时间一样）。

【注释】

1、湿度传感器(需要领取）需要根据其使用手册和单片机原理图，由学生接到开发板上并编写湿度采集函数，更多湿度传感器信息请参考说明书或网络资料；

2、温度传感器DS18B20已焊接在手柄板上，其引脚连接查看手柄板原理图；

基本任务中，设置闹钟时，使用按键A4进行时间的上调，使用按键A5进行时间的下调，步进值为10s，即每按一次按键时间上调或下调10s。上调达到60s时，时间“分”加1；时间下调小于0s时，时间“分”减1，时间“时”的调节依此类推。

3、附加任务中，通过按键A1进行日期、时间、闹钟设置功能的切换，按键A4、A5仍为上调和下调按键，设置时间和闹钟时调节对象是“秒”，步进值为10s；设置日期时调节的对象是“日”，步进值是1日，大于一个月的最大日时，月份自动加一。

【TB作品】51单片机，MSP430单片机，STM32单片机，万年历

基于 MSP430-FFTB6638 实验箱





频率测量与通信系统 利用 MCU 定时器模块相关功能设计实现数字频率计功能，测量范围：100~10000Hz， 测量误差≤1%，测量速度≤1 秒。测量结果本地显示（段式 LCD、字符型 LCD、点阵 LCD （128x64）、点阵 LED（16x16）或多位 7 段 LED 等），同时通过 UART/RS232 通讯把测 量结果传送到 PC/平板/手机等其他终端。

项目设计基本要求（必做）：

（1）项目名称、学号、姓名、测量结果等信息的本地显示（段式 LCD、字符型 LCD、 点阵 LCD（128x64）、点阵 LED（16x16）或多位 7 段 LED 等）。 

（2）项目名称、学号、姓名、测量结果等信息通过 UART/RS232 握手通讯（握手信号 为本人序号或学号）传送到 PC/平板/手机等其他终端。 

（3）蜂鸣器声响提示项目功能的开始或不同蜂鸣器声响指示不同工作状态，如通信握 手的正确与否。 

项目设计提高要求（选做）： 

（1）用按键或串口命令实现不同功能的转换。 

（2）项目名称、姓名等信息的中文显示。 


代码功能如下:

测量定时器模块或中断相关引脚输入信号的频率，结果送到字符型 LCD/LED 等 进行显示。可在点阵 LCD 上稳定显示项目名称、学号、姓名等信息； 

握手：

电脑发送学号给单片机，单片机收到这个字符串后，蜂鸣器响一声，并回发一个字符串给电脑显示频率。

电脑发送别的字符给单片机，单片机响三声，发送一个字符串给电脑告诉正确握手信号。

蜂鸣器声响提示项目功能的开始。 

选做内容一：用按键实现信号频率/周期的显示转换。 

选做内容二：中文显示

代码：

```bash
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2
```

实物效果:

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00695.png)




# 频率测量——使用MSP430F6638的捕获模式

在嵌入式系统中，频率测量是一个非常常见且重要的任务。本文将介绍如何使用MSP430F6638的捕获模式来实现频率测量。我们将详细讲解相关代码，并解释其工作原理。

## 1. 初始化捕获模式

在MSP430F6638中，我们可以利用定时器和捕获/比较寄存器（CCR）来实现频率测量。首先，我们需要初始化捕获模式。以下是初始化捕获模式的代码：

```c
//频率测量变量
uint16_t capv1 = 0;
uint16_t capv2 = 0;
uint32_t period = 0;
uint32_t frequency = 0;
uint8_t cap_flag = 0;
void init_cap(void) {
    //捕获引脚配置
    P1DIR &= ~BIT4; /* 配置P1.4为输入，用于捕获电平TA0.3 */
    P1SEL |= BIT4;  /* 将P1.4配置为TA0.3捕获功能 */
    // 配置捕获模式
    TA0CCTL3 = CM_1 + SCS + CCIS_0 + CAP + CCIE; 
    /* CM_1: 上升沿捕获
       SCS: 同步捕获
       CCIS_0: 捕获输入选择CCIxA
       CAP: 捕获模式
       CCIE: 捕获/比较中断使能 */
    // 配置定时器
    TA0CTL = TASSEL_2 + MC_2 + TACLR + ID_3;
    /* TASSEL_2: 选择SMCLK作为时钟源
       MC_2: 连续模式
       TACLR: 清除定时器
       ID_3: 输入时钟除以8 */
}
```

在上述代码中，我们首先配置了P1.4引脚作为捕获输入，然后设置捕获/比较寄存器TA0CCTL3的相关参数，最后配置定时器TA0CTL。

## 2. 捕获中断服务程序

捕获中断服务程序是实现频率测量的核心部分。以下是捕获中断服务程序的代码：

```c
// 捕获中断
#pragma vector=TIMER0_A1_VECTOR
__interrupt void TIMER0_A1() {
    switch (__even_in_range(TA0IV, 14)) {
        case 0:
            break;                          // 无中断
        case 2:
            break;                          // CCR1未用
        case 4:
            break;                          // CCR2未用
        case 6:
            // 捕获TA0.3
            if (TA0CCTL3 & CCI) {
                if (cap_flag == 0) {
                    capv1 = TA0CCR3;
                    cap_flag = 1;
                } else if (cap_flag == 1) {
                    capv2 = TA0CCR3;
                    cap_flag = 2;
                }
            }
            break;                          // CCR3
        case 8:
            break;                          // 保留
        case 10:
            break;                          // 保留
        case 12:
            break;                          // 保留
        case 14:
            break;
        default:
            break;
    }
    TA0CCTL3 &= ~CCIFG;  // 清除中断标志
}
```

在上述代码中，我们使用中断向量TIMER0_A1_VECTOR来处理定时器A0的中断。通过检查TA0IV寄存器的值，我们可以确定是哪个CCR引发了中断。在这种情况下，我们关注的是CCR3。在每次中断时，我们检查捕获输入标志（CCI），并根据cap_flag变量的值来保存捕获的时间戳。

## 3. 计算频率

在捕获了两个时间戳后，我们可以计算信号的周期和频率。假设我们已经捕获了两个上升沿的时间戳capv1和capv2，可以通过以下公式计算周期和频率：

$$

\text{period} = capv2 - capv1

$$

$$

\text{frequency} = \frac{\text{clock\_frequency}}{\text{period}}

$$

假设我们的时钟频率是2MHz（经过8分频后），则频率的计算代码如下：

```c
if (cap_flag == 2) {
    period = capv2 - capv1;
    frequency = 2000000 / period;
    cap_flag = 0;  // 重置标志以捕获下一组信号
}
```

## 4. 结论

通过上述步骤，我们实现了一个简单的频率测量程序。通过配置捕获模式、编写中断服务程序以及计算信号的周期和频率，我们能够准确地测量输入信号的频率。这种方法可以广泛应用于各种嵌入式系统中，帮助开发者实现对频率的精确测量。

【TB作品】MSP430F6638单片机，频率计

![在这里插入图片描述](/static/img/images/00755.png)





# 实验报告：51单片机 Proteus仿真 超声波读取+LCD1602显示仿真

## 一、实验背景

本实验旨在使用51单片机（AT89C51）结合超声波传感器HC-SR04和LCD1602液晶显示屏，通过Proteus仿真平台实现超声波测距功能，并将测得的距离显示在LCD1602上。该系统可以用于智能小车避障、距离检测等应用场景。

## 二、硬件介绍

1. **51单片机（AT89C51）**

   - 主频：12MHz

   - 存储器：4KB Flash，128B RAM

   - 定时器：两个16位定时器

   - I/O口：4个8位并行I/O口

2. **超声波传感器（HC-SR04）**

   - 工作电压：5V

   - 工作频率：40kHz

   - 测量范围：2cm-400cm

   - 测量精度：±3mm

   - 引脚：VCC, GND, Trig, Echo

3. **LCD1602液晶显示屏**

   - 显示内容：2行16字符

   - 工作电压：5V

   - 控制接口：8位并行数据接口或4位并行数据接口

## 三、器件连接

- **HC-SR04连接**

  - VCC连接到5V电源

  - GND连接到地

  - Trig连接到P1.5

  - Echo连接到P1.6

- **LCD1602连接**

  - RS连接到P2.0

  - RW连接到P2.1

  - E连接到P2.2

  - 数据线D4-D7分别连接到P2.4-P2.7

## 四、设计原理

### 1. 超声波测距原理

超声波传感器通过发射40kHz的超声波脉冲，当遇到障碍物时，超声波反射回来。传感器接收反射波并计算从发射到接收的时间差，根据公式：

\[ \text{距离} = \frac{\text{时间差} \times \text{声速}}{2} \]

计算出距离。声速在空气中约为340m/s。

### 2. 定时器使用

定时器0配置为模式1（16位定时器），用于测量Echo引脚的高电平时间。通过中断处理溢出情况，确保测量的精确性。

### 3. LCD1602显示

LCD1602使用4位数据接口模式连接到单片机。通过初始化函数`LCD_init`进行初始化，之后通过`LCD_write_str`函数将测量结果显示到屏幕上。

## 五、电路原理

### 1. 超声波模块

Trig引脚通过软件控制发射超声波脉冲，Echo引脚接收反射信号，并由定时器0记录高电平持续时间。

### 2. 定时器与中断

定时器0的溢出中断服务程序设置一个标志位`Flag_Ultrasonic`，表示测量超时，防止因未接收到反射信号而导致程序卡死。

### 3. LCD1602控制

通过定义的函数库实现对LCD1602的控制，包括初始化、清屏、光标移动和字符串显示等功能。

## 六、程序原理

程序主要包括以下几个部分：

1. **初始化部分**

   - 初始化LCD1602

   - 初始化定时器0

2. **测距过程**

   - 控制Trig引脚发出10us高电平脉冲

   - 等待Echo引脚变高，启动定时器0

   - Echo引脚变低，停止定时器0

   - 计算时间差并转换为距离

3. **显示部分**

   - 将计算出的距离转换为字符串格式

   - 调用`LCD_write_str`函数显示到LCD1602上

```c
void main() {
    unsigned char disp[10];
    unsigned int distance = 0;
    Trig = 0;
    Echo = 1;
    LCD_init();
    Init_Timer0();
    delay_ms(100);
    while (1) {
        TR0 = 0;
        TH0 = 0;
        TL0 = 0;
        Trig = 1;
        _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
        Trig = 0;
        while (!Echo);
        TR0 = 1;
        while (Echo);
        TR0 = 0;
        distance = Conut();
        sprintf(disp, "%dmm", distance);
        LCD_write_str(6, 1, disp);
    }
}
```

### 程序简要说明

- `main`函数初始化硬件和软件环境，进入主循环。

- 通过控制Trig引脚发出超声波信号，并测量Echo引脚高电平持续时间。

- 计算距离并转换为字符串格式，显示在LCD1602上。

## 七、总结

本实验通过Proteus仿真平台，成功实现了51单片机结合超声波传感器和LCD1602显示屏的距离测量系统。实验过程中，熟悉了定时器的使用、中断的处理以及液晶显示屏的控制方法，为后续更加复杂的应用奠定了基础。


## 资料
```
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2
```