图15-4所示是STC单片机应用系统学习板电路原理图。在学习板中，核心器件是STC15W4K32S4单片机，PDIP40封装。这款单片机抗干扰性强，加密性高，可很方便地编程下载程序。STC15W4K32S4单片机的I/O端口引脚排列与传统89C51单片机不一样，但其端口功能和使用方法与经典单片机完全一致。下面利用这个STC单片机学习板完成几个典型实验。
图15-3 STC单片机应用系统学习板结构图
图15-4 STC单片机学习板电路原理图a）
图15-4 STC单片机学习板电路原理图b）
图15-4 STC单片机学习板电路原理图c）
实验一 数码显示
1.实验要求
使用STC单片机学习板将30H～33H单元中存放的压缩BCD码送数码管显示。
2.实验原理说明
74HC595是一款16引脚封装，具有8位串行输入、8位串行或并行输出功能的器件，串行移位速度达100MHz，输出寄存器可以直接清除。芯片各引脚功能如下：
Q0～Q7：并行数据输出端。
QH：串行数据输出，连接下一个595，用于多个芯片级联。
主复位端，低电平有效，工作时禁止复位，应接+5V。
SRCLK：移位寄存器时钟输入端，与单片机I/O口连接作时钟线。
RCLK：数据锁存，高电平有效，低电平时允许数据输入。与单片机I/O口连接作锁存控制。
：允许输出端，低电平有效。正常输出数据时该引脚应接地，使数据输出始终有效。
SER：串行数据输入端，与单片机I/O口连接作数据输入线。
移位寄存器有一个串行移位输入（SER）、一个串行输出（QH）和一个异步低电平复位端，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当OE=0，允许存储寄存器的数据输出到总线。单片机的端口从低位开始移位输出数据到74HC595。单片机串行发送一字节数据后，单片机最先移位输出的最低位（D0）送入74HC595的Q7，最后移位输出的高位（D7）送入74HC595的Q0。
3.算法思路
数码显示电路按照图15-4所示设计，采用2片74HC595驱动作8位动态数码显示，其数码管采用共阴极接法。进行显示时，先把要显示的数字查表找到对应的笔形码，再通过串行总线输出。实际编程输出数据时，先要置RCLK为低电平，然后送出8位的位选码，再逐位输出8位段选码，数据位在每个时钟高电平时移位输入到74HC595中，待16位数据输入完成后，最后置RCLK为高电平锁存输入的数据。在30H～33H中存放了要显示的源数据，每个单元存放压缩BCD码，需要将其高低4位分离，分离后的BCD码存放在40H～47H中。程序采用主从结构，主程序负责设置初值、传递参数，再调用相应子程序；具体工作由各个子程序完成。参考程序代码如下：
实验二 液晶显示
1.实验要求
使用带字库的12864点阵图形式液晶屏做液晶显示实验，要求：①实现对液晶显示清屏；②控制液晶屏的第1行显示“东华理工大学”，第2行显示“电子信息工程专业”，第3行显示“教育部电子卓越班”，第4行显示“www.ecit.edu.com”。
2.实验原理说明
带字库的12864液晶屏是内部采用ST7920控制器，在平板上排列64点行和128点列的点阵，形成矩阵式晶格点，其液晶屏的接口连接电路可计算出液晶屏数据存储器地址，并通过写入液晶屏的命令和数据地址实现数据显示。
实验在如图15-4所示的STC学习板上进行，采用XL12864与单片机直接I/O接口方式，将液晶屏的接口信号线依序接入J12插座。其中单片机P0口作数据线，P2口作接口控制信号，连接关系与操作令见表15-1。其中VO是对比度调节端；EN是使能信号，当EN=0时，允许对液晶屏的指令寄存器进行写操作；当EN=1时，允许对数据存储器进行写操作；
是数据读/写控制信号；RS是数据/命令选择控制信号，当RS=0时传输数据写入指令寄存器作命令，当RS=1时传输数据写入数据存储器作显示；PSB是串行/并行模式传输数据选择控制信号，当PSB=0时，串行模式，当PSB=1时，并行模式传输数据；RST是复位信号，低电平有效。
表15-1 单片机控制信号与液晶屏操作指令
（1）清除显示（Clear）和地址归0（Home）
将DDRAM填满“20H”（空格）代码，并且设定DDRAM的地址计数器（AC）为00H；更新设置进入设定点将I/D置为1，游标右移AC自动加1，即可清除显示。
如果设定DDRAM的地址寄存器为00H，并且将游标移到开头原点位置，即可地址归0（这个指令并不改变DDRAM的内容）。
（2）进入设定点，初始值06H
指定在显示数据的读取与写入时，设定游标的移动方向及指定显示的移位，S显示画面整体位移。
当I/D=1，游标右移，DDRAM地址计数器加1；I/D=0，游标左移，DDRAM地址计数器减1。
当S=1、I/D=1时，画面整体左移；当S=1、I/D=0时，画面整体右移。
（3）显示开关设置，初始值08H
控制整体显示开关、游标开关和游标位置显示反白开关。
D=1整体显示开；D=0整体显示关，但是不改变DDRAM内容。C=1游标显示开；C=0游标显示关。B=1游标位置显示反白开，将游标所在地址上的内容反白显示；B=0正常显示。
（4）游标或显示移位控制
该指令不改变DDRAM的内容。
（5）功能设定
DL是8/4位接口设定：DL=1时为8位MPU接口；DL=0时为4位MPU接口。
RE是指令集选择控制位：RE=1为扩充指令集；RE=0为基本指令集。同一指令的动作不能同时改变DL和RE，需先改变DL再改变RE，才能确保设置正确。
（6）设定CGRAM地址(www.xing528.com)
设定CGRAM地址到地址计数器（AC），AC范围为00H～3FH，需确认扩充指令中SR=0。
（7）设定DDRAM地址
设定DDRAM地址到地址计数器（AC），第1行AC范围为80H～8FH；第2行AC范围为90H～9FH；第3行AC范围为88H～8FH；第4行AC范围为90H～9FH。
（8）读取忙标志和地址
读取忙标志以确定内部动作是否完成，同时可以读出地址计数器（AC）的值。
（9）写显示数据到RAM
当显示数据写入后会使AC值改变，每个RAM（CGRAM、DDRAM、IRAM）地址都可以连续写入2个字节的显示数据，当写入第2个字节时，地址计数器（AC）的值自动加1。
（10）读取显示RAM数据
读取后会使AC值改变，设定RAM（CGRAM、DDRAM、IRAM）地址后，先要对RAM进行试读一次后才能读取到正确的显示数据，第二次读取不需要试读，除非重新设置了RAM地址。
3.程序设计思路
使用液晶显示时，先开电源，然后依次打开显示、显示光标、清屏和光标移到设定位置，完成液晶显示初始化。
ST7920的字型产生ROM通过8192个16×16点阵的中文字型，以及126个16×8点阵的西文字符，用2个字节来提供编码选择，将要显示的字符编码写到DDRAM上，硬件将依照编码自动从CGROM中选择将要显示的字型显示到屏幕上。
ST7920的字型产生RAM提供用户自定义字符生成（造字）功能，可提供4组16×16点阵的空间，用户可将CGROM中没有的字型自定义到CGRAM中。
显示RAM提供64×2 B的空间，最多可以控制4行、每行8个汉字（16×16点阵）的中文字型显示。当写入显示资料RAM时，可以分别显示CGROM、HCGROM及CGRAM的字型。
三种字型的选择：
1）显示半宽字型：将一个字节的编码写入DDRAM中，范围是02～7FH。
2）显示CGRAM字型：将2个字节的编码写入DDRAM中，共有0000H、0002H、0004H及0006H四种编码。
3）显示中文字型：将2个字节的编码写入DDRAM中，先写高8位，后写低8位，范围是A140H～D75FH（BIG5）、A1A0H～F7FFH（GB）。
ST7920提供240点的ICON显示，由15个IRAM单元组成，每个单元有16位，每写入一组IRAM时，需先写入IRAM地址，然后连续送入2个字节的数据（先高8位、后低8位，即D15～D0）。
要输出4行中文、英文信息实现液晶屏显示时，先把要显示信息生成字形码表格，然后确定显示位置（行地址）写入到液晶指令寄存器，然后查表找出要显示的信息码写入显示存储器。系统时钟设置为22.1148MHz，采用12T模式。控制输出显示4行信息程序设计如下：
实验三 按键输入与数码显示
1.实验要求
用图15-4中的4×4键盘和数码显示电路，设计键盘输入显示程序，键盘16个按键的键值为十六进制数0～9、A～F，要求按下一个键在低位显示1个数值，最多显示8位，新输入一个键值移入到低位，最高位溢出；要有高位灭0功能，即若输入的高位为0，则不显示。若八位数都是0，则在低位只显示一个0。
2.实验原理说明
显示用2个74HC595驱动8位数码显示，键盘使用P0口作4×4矩阵键盘接口，其中P0.0～P0.3作4列，P0.4～P0.7作4行，数码显示和键盘电路接口如图15-4所示。键盘中16个按键有键值（如0～9键），每个键值对应唯一键码，键码是单片机识别按键的特征码。键码的编制方法是：与按键相连的2个I/O口线为0，其他6个I/O口线为1，这就是这个按键唯一的特征码，例如，键盘中SW24键的特征码是0EEH，SW25键的特征码是0EDH，依此方法可编写出16个按键的特征码。
3.设计思路
程序采用主从结构，主程序负责初始化使用单元，对其置初值、传递参数，然后再依次调用按键扫描子程序和显示子程序。按键扫描子程序采用线反转法编写，即先送4位行线为低电平、再读4位列线值保存；然后送4位列线为低电平、读出4位行线值；将读出的行线值与保存的列线值组合成8位键码得到按键的特征码。再采用这个特征码查键码表对比得到键值，由键值再查字形表得到对应的笔形码，最后输出显示键值。
键盘扫描采用线反转法，由于STC15xx系列单片机的I/O口具有4种工作模式，故在使用P0口作行、列信号输入/输出转换时，应及时切换模式：通过P0M1、P0M0工作模式配置寄存器设置P0口的工作模式，否则读P0口时始终为00。因此，用P0作输出时，应置为I/O输出模式（即模式0）；当读P0口时，应将P0口设置为仅输入（高阻）模式（即模式2），这样才能正常实现输出列信号、读入行信号，完成对键盘线反转法扫描读出按键特征码。
用40H～47H作显示单元，其中40H存放显示值最低位，47H存放最高位。在数码显示时，按照按键输入习惯，刚输入的键值应显示在最低位，前面输入的键值要被推挤到高位显示。因此，数值显示前，每次要判断是否有新键输入。当有新按键输入时，先要对存储单元的键值进行队列调制：即当输入一个新键值后，对当前显示的8位数字，先放弃最高显示位，最高位显示存储单元被次高位的显示存储单元内容覆盖，其他存储单元依次由低位覆盖高位，使显示值依次向高位移动一个数位，再把新键值放入最低位存储单元。系统时钟设置为11.0592MHz，采用12T模式，具体程序设计代码如下：
实验四 秒表设计
1.实验要求
设计一个秒表，要求秒显示4位整数、3位小数（ms），显示精确到1ms。
2.实验原理说明
使用单片机定时器T0，工作在方式0作16位定时/计数器，定时1ms中断一次，采用自动重装载初值模式。设置2字节的ms计数单元，每中断一次，ms计数单元按压缩BCD码数制累加。当ms单元累计到1000就进位，此时把ms计数单元清0，秒计数单元按压缩BCD码累加。
3.设计思路
程序采用中断结构，主程序负责定时器初始化和使用单元置初值、传递参数，然后调用在“实验一”中设计好的显示子程序。定时中断负责计数累加。
假设芯片系统时钟设置为SYSclk=12MHz，12T模式T0x12=0，定时1ms初值计算为
则定时初值=64536D=0FC18H。
4.资源分配
采用30H、31H作2字节压缩BCD码s计数单元，30H为高位，31H为低位；32H、33H作2字节压缩BCD码ms计数单元，32H为高位，33H为低位。用40H～47H作显示单元，将BCD码计数单元的高、低4位分离存放在其中。显示电路如图15-4所示，参考程序代码如下：
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