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1. 项目概述：基于51单片机的HT1621液晶驱动与电子时钟实现

在嵌入式开发，尤其是那些需要低成本、低功耗显示的场合，段码式LCD（液晶显示器）是一个非常经典的选择。它不像点阵屏那样需要复杂的驱动和大量的RAM，几根IO口加上一个专用的驱动芯片，就能稳定地显示数字、字符甚至简单的图标。HT1621就是这样一款在工控仪表、小家电、便携设备中极为常见的LCD驱动芯片。最近我在整理一个老项目的资料时，翻出了一个基于STC89C52单片机驱动HT1621实现电子时钟的完整工程。这个项目麻雀虽小，五脏俱全，涵盖了定时器中断、按键扫描、显示驱动、时间逻辑处理等多个嵌入式核心知识点。虽然代码是多年前写的，但其中的设计思路和避坑经验，对于刚接触单片机或HT1621的朋友来说，依然有很强的参考价值。今天，我就把这个项目的来龙去脉、代码细节以及我当年调试时踩过的“坑”，系统地梳理和分享出来。

这个项目的核心目标是利用51单片机，配合HT1621驱动一个6位数字的段码LCD，实现一个具备时、分、秒显示，并且可以通过四个独立按键进行时间调整的电子时钟。整个系统的工作逻辑是：单片机定时器产生精准的2.5ms中断，在此中断服务程序中累加计数，从而实现秒、分、时的计时逻辑。同时，主循环不断扫描按键，并根据按键状态调整时间变量。最后，根据时间变量的变化，将对应的数字字形码写入HT1621芯片的特定显存地址，从而在LCD上显示出正确的时间。下面，我们就从芯片原理开始，一步步拆解这个项目。

2. HT1621驱动芯片原理与通信协议深度解析

2.1 HT1621芯片架构与显存映射

HT1621是一款最多可驱动32×4（128段）的LCD驱动器。理解它的显存映射方式是正确编程的第一步。官方手册里通常会有一张显存映射表，但我们可以用一个更直观的方式来理解。

核心概念：4位数据与地址HT1621内部有32个“物理地址”（Address 0 to 31）。每个地址不是一个完整的字节，而是只包含4个比特（BIT）。你可以把它想象成有32个“小房间”，每个房间只能住4个“人”（数据位）。这4个数据位直接对应到LCD屏上的4个显示段（SEG）。通常，一个7段数码管（加上小数点就是8段）需要8个控制信号，那么在HT1621上驱动一个完整的数码管，就需要占用2个物理地址。第一个地址的4位控制一部分段（例如a, b, c, d），第二个地址的4位控制另一部分段（例如e, f, g, dp）。这就是为什么代码中经常看到对一个数字的写入需要操作两个相邻地址的原因。

地址与COM/SEG的对应关系HT1621支持多种COM数配置（如1/2/3/4 COM）。在4 COM模式下，一个物理地址的4个数据位，分别对应到该地址所关联的SEG信号线与COM0、COM1、COM2、COM3之间的连接状态。简单来说，你写入某个地址的4位数据，决定了与之相连的LCD像素点在四个时间片（COM扫描周期）内的亮灭状态。我们的时钟项目通常使用4COM模式，以驱动多位数字。

注意：具体哪个物理地址对应到LCD屏上的哪一段，完全由PCB布线决定。这意味着，你的程序中的地址映射（例如地址1和2对应第一个数码管）必须和硬件工程师提供的LCD段位表严格一致。如果显示乱码，第一要怀疑的就是地址映射不对。我通常的做法是，在硬件设计阶段就索要或共同确定这份映射表，并作为驱动程序的常量数组保存起来。

2.2 三线串行通信协议详解

HT1621通过简单的三线制（CS, WR, DATA）串行协议与MCU通信。理解其时序是编写底层驱动的关键。

通信过程分解一次完整的写入操作，无论是命令还是数据，都遵循以下流程：

1. 片选使能：将CS引脚拉低，通知HT1621准备接收数据。
2. 发送标识位：先发送3位或4位的“命令头”。
   • 写命令：固定发送100（3位）。
   • 写数据：固定发送101（3位）。
3. 发送主体内容：
   • 如果是写命令，接着发送8位命令码。
   • 如果是写数据，接着发送6位地址码（因为32个地址用5位表示，但协议要求发送6位，通常左移2位后发送），然后再发送4位或8位数据。
4. 片选禁用：将CS拉高，完成本次传输。

时序关键参数虽然51单片机速度慢，通常不关心ns级延时，但为了保证可靠性，尤其是电源波动或干扰环境下，必须满足芯片手册要求的最短时间。

• tCSS（CS建立时间）：CS拉低后，需要等待一个很短的时间（典型值几百ns）才能发送第一个时钟。
• tDSW（数据建立时间）：数据（DATA）必须在WR时钟的上升沿之前保持稳定一段时间。
• tDH（数据保持时间）：数据在WR时钟上升沿之后还需要保持一段时间。 在代码中，我们用_Nop()（空操作）函数来产生短暂的延时，以满足这些时序。_Nop()的执行时间是一个机器周期，在12MHz晶振的51单片机上是1微秒。通常连续使用多个_Nop()来构成一个可靠的延时。

命令系统概览代码中定义了一系列命令宏，其作用如下：

• BIAS：设置LCD偏压比和COM端数。0x52对应1/3偏压，4COM。这个值必须与LCD屏的规格匹配，设置错误会导致显示对比度异常或鬼影。
• SYSDIS/SYSEN：关闭/打开内部系统振荡器和LCD偏压发生器。初始化时先关后开，是一种稳妥的复位流程。
• LCDOFF/LCDON：关闭/打开LCD偏压输出。清屏或进入低功耗模式时使用。
• RC256：选择内部RC振荡器作为时钟源。也可以选择外部时钟（XTAL），但需要额外接晶振。
• WDTDIS：禁止看门狗。HT1621内部有看门狗，如果不用，务必关闭，否则可能导致显示复位。

3. 系统整体设计与模块化编程思路

3.1 硬件连接与模块划分

回顾代码中的硬件连接定义，这是一个非常典型的51单片机最小系统扩展。

• 显示驱动：HT1621的CS、WR、DATA三线分别连接至P1.2, P1.3, P1.4。
• LCD背光/控制：LCD控制位连接P0.0，可能用于控制LCD的背光或电源。speaker连接P2.4，用于蜂鸣器提示（虽然代码中未使用发声功能）。
• 按键输入：四个独立按键K1-K4连接P3.5, P3.4, P3.3, P3.2，采用低电平有效检测。
• 定时基准：使用单片机内部的Timer0，工作在模式1（16位定时器），产生2.5ms的定时中断。

基于硬件，我们可以将软件划分为几个清晰的模块，这也是代码中通过#ifndef头文件保护来体现的：

1. 定时器模块 (timer.h/c): 负责初始化Timer0，实现精准的2.5ms中断，并在中断中维护秒、分、时的计数变量。
2. HT1621驱动模块 (ht1621.h/c): 封装了芯片的底层写命令、写数据、初始化函数，向上提供清晰的显示接口。
3. 按键扫描模块 (集成在timer.c中): 实现按键的去抖扫描和键值映射。
4. 主控逻辑模块 (main.c): 协调各个模块，完成时间逻辑处理、显示刷新和按键响应。

这种模块化设计的好处是显而易见的：驱动代码和业务逻辑分离。如果未来要更换显示芯片（比如换成TM1621），你只需要重写ht1621.c，而主程序和时间逻辑几乎不用动。同样，如果更换单片机平台，也只需适配底层延时和IO操作。

3.2 时间管理策略：中断与主循环的分工

这是一个在实时嵌入式系统中经典的设计模式：在中断中处理最精确的计时，在主循环中处理人机交互和状态更新。

中断服务程序 (Timer0() interrupt 1) 的角色它的唯一核心任务是“守时”。每2.5ms进入一次，进行以下操作：

1. 重装定时器初值，保证下一次中断的精确性。
2. 对一个全局计数器Count进行累加。
3. 当Count达到预设值（400次 * 2.5ms = 1秒）时，清零计数器，并设置一个“秒标志”Sec=1。同时，对SecValue（秒变量）加1，并检查是否进位到分钟、小时。

这里有一个关键细节：Sec、Minute、Hour这些标志位（bit类型）是在中断中置位的，而它们的清零操作是在主循环中进行的。为什么这么做？因为中断服务函数应该尽可能快地执行完毕，减少对系统其他任务的阻塞。如果在中断里直接去更新显示缓冲区（这涉及到相对耗时的HT1621通信），会使得中断执行时间过长，可能影响按键响应的实时性。因此，中断只负责“通知”主循环：“时间到了，该更新显示了”。

主循环 (main函数中的while(1)) 的角色它负责所有“不那么紧急”但重要的任务：

1. 状态检查：不断轮询检查Sec、Minute、Hour标志位。一旦发现某个标志位被置1，就执行相应的显示更新函数，然后将该标志位清零。
2. 按键扫描：调用Key()函数检测是否有按键按下，并处理按键逻辑（调整时间）。
3. 显示驱动：调用Ht1621WrOneData等函数，将时间变量转化为字形码，写入HT1621的显存。

这种“中断置标志，主循环查询处理”的方式，是单线程MCU编程中实现多任务协作的基石，它保证了系统的实时性和代码的清晰度。

4. 核心代码逐行剖析与避坑指南

4.1 HT1621底层驱动函数实现

让我们深入ht1621.c，看看几个核心函数是如何实现的，以及其中有哪些容易出错的地方。

void Ht1621Wr_Data(uchar Data, uchar cnt)这是最底层的比特发送函数，所有上层命令和数据写入都基于它。

void Ht1621Wr_Data(uchar Data, uchar cnt) { uchar i; for (i=0; i<cnt; i++) { HT1621_WR = 0; // 时钟线拉低，准备锁存数据 _Nop(); // 短暂延时，满足tDSW HT1621_DAT = Data & 0x80; // 取数据的最高位(MSB)发送 _Nop(); // 保证数据稳定 HT1621_WR = 1; // 时钟线上升沿，HT1621在此刻采样数据线 _Nop(); // 短暂延时，满足tDH Data <<= 1; // 数据左移，准备发送下一位 } }

避坑点1：发送顺序注意，这个函数是高位（MSB）先发。Data & 0x80是取第7位。这与代码注释中“数据传送为低位在前”相矛盾！这是一个常见的笔误或理解错误。实际上，根据HT1621数据手册，其串行协议是MSB first。所以这段代码是正确的，但注释需要修正。如果你参考的例程是LSB first，直接套用会导致通信失败。

void Ht1621WrOneData(uchar Addr, uchar Data)这是向单个地址写入4位数据的函数。

void Ht1621WrOneData(uchar Addr, uchar Data) { HT1621_CS = 0; Ht1621Wr_Data(0xa0, 3); // 发送数据标识位101 (二进制101，即0x05左移？这里0xa0是160，显然不对) Ht1621Wr_Data(Addr << 2, 6); // 发送6位地址 Ht1621Wr_Data(Data, 4); // 发送4位数据 HT1621_CS = 1; _Nop(); }

避坑点2：命令/数据标识位这里存在一个严重错误！Ht1621Wr_Data(0xa0, 3)意图发送3位数据标识位101。但0xa0的二进制是1010 0000，发送其高3位101是正确的。然而，Ht1621Wr_Data函数内部是发送一个字节的最高位开始。0xa0发送出去的第一位就是1，第二位是0，第三位是1，正好是101。所以这里虽然数值看起来奇怪，但功能可能是正确的，不过代码可读性极差。更清晰的做法是定义一个宏#define CMD_WRITE_DATA 0xA0，并在调用时明确指出Ht1621Wr_Data(CMD_WRITE_DATA, 3)。

避坑点3：地址移位Addr << 2：因为HT1621的地址是6位的，而我们的Addr参数是0-31，只需要5位。左移2位后，低2位是0，高5位是地址，符合协议要求。这是正确的操作。

void Ht1621_Init(void)初始化序列至关重要，顺序错误可能导致显示异常或功耗偏高。

void Ht1621_Init(void) { HT1621_CS = 1; HT1621_WR = 1; HT1621_DAT = 1; // 第一步：将所有控制线置于空闲高电平 DelayMS(2000); // 第二步：漫长延时！等待LCD供电稳定。对于大尺寸或高阻抗LCD，这个延时必不可少。 Ht1621WrCmd(BIAS); // 第三步：设置偏压和COM数 Ht1621WrCmd(RC256); // 第四步：选择内部RC振荡器 Ht1621WrCmd(SYSDIS); // 第五步：关闭系统振荡器（先关） Ht1621WrCmd(WDTDIS); // 第六步：务必关闭看门狗 Ht1621WrCmd(SYSEN); // 第七步：重新开启系统振荡器 Ht1621WrCmd(LCDON); // 第八步：开启LCD偏压输出，显示使能 }

避坑点4：初始化延时与顺序

1. 长延时：DelayMS(2000)这两秒延时不是随意的。LCD屏（特别是段码屏）在上电后，需要一定时间让内部的液晶分子排列稳定，电压达到额定值。如果立即操作，可能导致显示对比度不均、有鬼影，甚至长期这样操作会损坏LCD。这个延时不能省。
2. 关狗：WDTDIS命令必须发送。HT1621的看门狗默认可能是开启的，如果程序没有定期喂狗，芯片会不断复位，导致显示闪烁或无法显示。
3. 开关顺序：先SYSDIS再SYSEN是一种“软复位”操作，确保芯片从一个确定的状态开始工作。

4.2 定时器中断与时间基准校准

定时器是电子时钟的“心脏”，它的准确性直接决定了时钟的走时精度。

定时器初值计算代码中使用了TH0Val=63075/256;和TL0Val=63075%256;来产生2.5ms中断。

• 计算原理：51单片机定时器是加1计数器。假设晶振是12MHz，机器周期为1μs。要定时2.5ms（2500μs），需要计数2500次。
• 初值计算：定时器从初值开始加1到溢出（65536）。所以初值 = 65536 - 2500 = 63036。
• 代码中的值：代码使用的是63075，比理论值大了39。这很可能是手动校准的结果。因为12MHz晶振本身有误差，加上中断响应、重装初值等指令执行需要时间，实际中断间隔会略大于2.5ms。通过增大初值（让定时器少计几个数），可以补偿这部分时间，使实际中断间隔更接近2.5ms。校准方法可以用示波器观察P2_7测试引脚输出的方波周期，调整初值直到其精确为5ms（因为代码里P2_7在中断里取反，周期是中断周期的两倍）。

中断服务程序中的时间累加

if(Count >= CountNum) { // CountNum = 400 Count = 0; Sec = 1; SecValue++; if(SecValue >= 60) { ... } // 秒进位到分 if(MinuteValue >= 60) { ... } // 分进位到时 }

避坑点5：变量类型与临界问题Count被定义为uint（无符号整型），CountNum是400，这没问题。但SecValue,MinuteValue,HourValue都是uchar（0-255）。对于小时，HourValue++后判断if(HourValue>=24)是安全的。但是，在按键调整函数KProce中，有HourValue--的操作。如果HourValue当前是0，减1后会变成255（uchar下溢），此时if(HourValue>=24)条件依然为真，会将其归零，逻辑上看似正确，但依赖了无符号整型的下溢特性，代码可读性差且容易在修改时出错。更健壮的做法是：

if(H_down) { if(HourValue > 0) HourValue--; else HourValue = 23; H_down = 0; }

4.3 显示更新与字形码处理

显示的核心是将十进制的时间数字（如小时“23”）转换为HT1621能识别的段码。

字形码表DispTab[]这个表定义了数字0-9对应的段码数据。注释中的图形清晰地说明了段与位的映射关系：//F E G D C B A。这意味着数组中的每一个值，其二进制位的第0位对应A段，第1位对应B段，依此类推，第6位对应G段（假设第7位未用或对应小数点DP）。例如0xCF（二进制1100 1111）点亮除B、C段外的所有段，正好是数字“0”的形状。

显示更新逻辑在主循环中，通过检查标志位来更新显示：

if(Sec) { s1 = SecValue / 10; // 秒十位 s2 = SecValue % 10; // 秒个位 Ht1621WrOneData(22, DispTab[s1]); // 地址22写入秒十位的低4位 Ht1621WrOneData(23, DispTab[s1] << 4); // 地址23写入秒十位的高4位 Ht1621WrOneData(24, DispTab[s2]); Ht1621WrOneData(25, DispTab[s2] << 4); Sec = 0; }

避坑点6：地址映射与数据拆分

1. 地址确认：这里假设秒十位占用地址22和23，秒个位占用地址24和25。这必须与硬件PCB的连线完全一致。在调试时，如果某个数码管不亮或显示错误，首先应该编写一个简单的测试程序，依次点亮每个地址的每一位，来验证实际的硬件映射关系。
2. 数据移位：DispTab[s1] << 4。因为DispTab中存储的是8位段码（虽然只用了低7位），而HT1621一次只写入4位。所以第一次写入低4位（DispTab[s1] & 0x0F），第二次写入高4位（(DispTab[s1] & 0xF0) >> 4）。代码中使用<< 4是错误的！DispTab[s1] << 4会将数据左移，例如0xCF (1100 1111)左移4位变成0xF0 (1111 0000)，这完全不是我们想要的高4位1100。正确的操作应该是(DispTab[s1] >> 4) & 0x0F。这是一个关键bug，会导致显示乱码。
3. 消隐处理：被注释掉的if(s1==0) s1=Hidden;是实现高位零消隐的。例如，时间“01:23”，通常我们希望显示为“1:23”，十位的0不显示。这需要将对应数字的字形码替换为一个不点亮任何段的码值（如0x00）。Hidden被定义为0，即指向DispTab[0]，这不对，应该指向一个全灭的码值（如0x00），或者单独定义一个消隐值。

5. 常见问题排查与实战调试技巧

在实际焊接和调试这样的项目时，你几乎一定会遇到各种问题。下面是我总结的排查清单和实战技巧。

5.1 上电后LCD完全无显示

这是最令人沮丧的情况。请按照以下顺序排查：

1. 电源与电压：
   • 用万用表测量HT1621的VDD和VLCD引脚电压是否正常（通常是3.3V或5V）。VLCD电压决定了显示对比度，有些芯片需要外部调节。
   • 检查LCD屏本身的供电引脚（VCC、GND）是否接通。
2. 复位与初始化：
   • 用示波器或逻辑分析仪检查HT1621的CS、WR、DATA三根线。在单片机执行Ht1621_Init()函数时，应该能看到一串清晰的脉冲。如果没有，检查单片机程序是否跑飞，IO口初始化是否正确。
   • 重点检查初始化延时：确保DelayMS(2000)确实执行了。可以临时在延时后加一个IO口翻转操作，用示波器观察，以确认程序执行到了这里。
3. 偏压与COM设置：
   • 确认BIAS命令的值与LCD屏规格书要求一致。如果COM数设置错误（比如屏是4COM，你设置了1/2 bias），显示会异常或全无。
   • 用示波器测量HT1621的COM输出引脚。在初始化完成后，应该能看到频率为几百Hz的方波信号。如果没有，说明芯片没有正常工作。
4. 硬件连接：
   • 最容易被忽视的一点：检查LCD屏的导电胶条（斑马条）或焊接连接是否良好。可以用手指轻轻按压LCD与PCB的连接处，观察是否有显示变化。接触不良是导致无显示的最常见硬件原因。

5.2 LCD有显示，但内容乱码或闪烁

1. 地址映射错误：这是乱码的首要原因。编写一个“跑马灯”测试程序，循环将0x01, 0x02, 0x04, 0x08（即每次点亮一个段）写入从0开始的每一个地址，观察LCD上哪个段亮起。从而绘制出你自己的“地址-段位”对应表，替换掉程序中错误的地址。
2. 数据拆分错误：如前文所述，检查Ht1621WrOneData函数中数据移位的逻辑。高4位和低4位是否弄反？发送顺序是否正确？可以用逻辑分析仪捕获写入的数据帧，与HT1621数据手册的格式对比。
3. 时序问题：虽然51速度慢，但在极少数情况下，如果_Nop()延时不足，可能导致数据在边沿不稳定。尝试增加_Nop()的数量，观察显示是否稳定。
4. 电源噪声：如果显示内容闪烁，可能是电源纹波太大。在HT1621的VDD和GND之间并联一个10uF电解电容和一个0.1uF陶瓷电容，尽量靠近芯片引脚。

5.3 时钟走时不准

1. 定时器校准：这是最主要的原因。使用精度高的频率计或示波器，测量P2_7测试脚的输出频率。理论上是200Hz（周期5ms）。如果不准，调整TH0Val和TL0Val的值。公式：实际初值 = 理论初值 - (实测周期误差 / 机器周期)。
2. 中断被阻塞：如果主循环中有非常耗时的操作（比如不合理的延时），可能导致中断无法及时响应，虽然中断标志会置位，但实际处理时间被推迟，造成累积误差。确保中断服务程序尽可能短，主循环中无超长阻塞。
3. 晶振精度：12MHz的陶瓷谐振器精度较差，温漂也大。对走时精度要求高的项目，应选用11.0592MHz（便于串口通信）或更高精度的晶振，甚至考虑使用外部RTC芯片（如DS1302）。

5.4 按键调整功能失灵或连击

1. 消抖处理：代码中的mDelay(10)是10ms消抖，基本足够。但如果按键太差或环境干扰大，可以延长到20-50ms。也可以采用更高效的“两次检测法”消抖。
2. 按键释放检测：代码中for(;;) { tmp=P3; if((tmp|0xc3)==0xff) break; }这段是等待按键释放。这是一个阻塞式等待，如果用户一直按住按键，程序会卡死在这里，导致时钟停止更新！这是一个严重的设计缺陷。正确的做法应该是：在中断或主循环中设置一个按键状态机，记录按键按下和释放的状态，而不是用死循环等待。
3. IO口模式：51单片机的P3口有内部上拉电阻。代码中P3|=0x3c;将P3.2-P3.5置为高电平，作为输入是合适的。但如果用的是其他没有内部上拉的IO口，必须外接上拉电阻，否则无法读到稳定的高电平。

6. 项目优化与扩展思路

这个基础版本可以作为一个起点，进行多方面的优化和功能扩展，使其更实用、更专业。

6.1 软件优化建议

1. 状态机重构按键处理：将按键扫描放入定时器中断中，每10ms扫描一次。使用状态机（如“空闲->消抖->确认按下->等待释放”四个状态）来记录每个按键的状态。在主循环中只查询“按键事件标志”，从而实现非阻塞的按键响应，彻底解决长按卡死问题。
2. 显示缓冲区引入：目前是直接根据时间变量计算并写入HT1621。更好的做法是维护一个DisplayBuffer[6]数组，存放6个数码管当前要显示的数字（0-9或消隐值）。定时器中断只负责更新时间变量，并更新缓冲区。主循环中有一个专门的显示刷新函数，负责将缓冲区内容刷新到HT1621。这样显示逻辑和计时逻辑完全解耦。
3. 低功耗设计：如果用于电池供电设备，可以大幅降低功耗。
   • 将HT1621设置为1/2或1/3偏压，并降低VLCD电压（如果允许）。
   • 在无操作一段时间后，让单片机进入空闲模式（Idle），仅靠定时器中断唤醒。在中断中更新时间和显示后，再次进入空闲。
   • 甚至可以周期性关闭HT1621的偏压输出（LCDOFF命令），只在需要更新显示时再打开。

6.2 功能扩展设想

1. 增加闹钟功能：可以再定义一组闹钟时、分变量。在定时器中断中，每到整秒就对比当前时间与闹钟时间，如果匹配，则控制speaker引脚输出一定频率的脉冲驱动蜂鸣器。同时，可以增加一个按键用于设置和开关闹钟。
2. 增加温度显示：接入一颗DS18B20单总线温度传感器，将其返回的温度值经过转换后，显示在LCD的空余段位上（例如，用两个数码管显示温度，一个显示“C”符号）。这需要解决单总线协议和显示刷新的协调问题。
3. 改用更高效的驱动方式：目前是每次时间变化都重写6个数码管对应的12个地址。可以优化为“差异更新”，即只更新那些数字发生变化的数码管，减少通信数据量。
4. 实现菜单化设置：通过组合按键（如长按K1进入设置模式，K2/K3调整选项，K4确认），可以实现对时、分、秒、闹钟、亮度等的菜单化设置，提升用户体验。

回过头来看，这个项目虽然代码量不大，但涉及了嵌入式开发从硬件接口、通信协议、定时器应用到状态机设计、低功耗考虑等多个层面的知识。其中暴露出的问题，如数据移位错误、阻塞式按键等待，都是初学者极易犯的典型错误。通过分析和修正这些错误，并理解其背后的原理，才能真正掌握HT1621驱动和单片机系统设计的精髓。希望这份详细的拆解和复盘，能帮助你少走弯路，更扎实地完成你的下一个嵌入式显示项目。