數(shù)碼管的靜態(tài)顯示

1、 任務導入任務導入 很多以單片機為核心構成的系統(tǒng)都含有顯示部分,它是人機交流的重要組成部分,與鍵盤一樣有著重要的地位。單片機的運行結果和運行狀態(tài)可以通過顯示部分直觀地呈現(xiàn)出來。單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示部件有LED（lightemitting diode）和LCD（liquid crystal display）兩種,LED數(shù)碼管顯示的應用最為普遍。那么數(shù)碼管的原理是什么樣的？具體又如何來使用數(shù)碼管呢？這些問題將通過本任務的實現(xiàn)來得以回答。一一什么是數(shù)碼管什么是數(shù)碼管二二數(shù)碼管的靜態(tài)顯示數(shù)碼管的靜態(tài)顯示知識學習知識學習一、什么是數(shù)碼管一、什么是數(shù)碼管1.數(shù)碼管的結構數(shù)碼管的結構 單片機應用系統(tǒng)中

2、最常用的LED數(shù)碼管顯示是七段LED數(shù)碼管,通常的七段LED數(shù)碼管中有八個發(fā)光二極管,所以也有人叫做八段顯示器八段顯示器。若干個發(fā)光二極管構成了LED數(shù)碼顯示器的主要部分,當在發(fā)光二極管的兩端加相應的電壓使其導通時,與發(fā)光二極管對應的點或線發(fā)光,用這樣的發(fā)光二極管來組成一定的圖形,相應控制不同的發(fā)光二極管導通,就可以顯示出不同的圖形。其中七段LED數(shù)碼管有七個發(fā)光二極管組成一個數(shù)字“8”,一個發(fā)光二極管組成小數(shù)點。共共陽陽極數(shù)碼管極數(shù)碼管LED數(shù)碼管從數(shù)碼管從結構形式上結構形式上分分共陰極數(shù)碼管共陰極數(shù)碼管LED LED 數(shù)碼管結構圖數(shù)碼管結構圖共陰數(shù)碼管碼表 0 x3f , 0 x06 ,

3、0 x5b , 0 x4f , 0 x66 , 0 x6d , 0 1 2 3 4 5 0 x7d , 0 x07 , 0 x7f , 0 x6f , 0 x77 , 0 x7c , 6 7 8 9 A B 0 x39 , 0 x5e , 0 x79 , 0 x71 , 0 x00 C D E F 無顯示2.數(shù)碼管的測量數(shù)碼管的測量 使用數(shù)碼管時,首先要識別其是共陰極型的還是共陽極型,這可以通過測量它的管腳來確定。 還可以直接用數(shù)字萬用表測試,方法同測試普通半導體二極管一樣。紅表筆接數(shù)碼管的公共端,黑表筆分別接其他各腳,如果數(shù)碼管相應的段發(fā)光,則說明此數(shù)碼管為共陽極。黑表筆接數(shù)碼管的公共端,紅

4、表筆接其他各腳,如果數(shù)碼管相應的段發(fā)光,則說明此數(shù)碼管為共陰極。紅表筆是電源的正極,黑表筆是電源的負極。3.數(shù)碼管的字型編碼數(shù)碼管的字型編碼 要使數(shù)碼管顯示出相應的數(shù)字或字符必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應的字型編碼。 數(shù)據(jù)線D0與a字段對應,數(shù)據(jù)線D1與b字段對應,以此類推。如使用共陽極數(shù)碼管,數(shù)據(jù)為0表示對應字段亮,數(shù)據(jù)為1表示對應字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管,數(shù)據(jù)為0表示對應字段暗,數(shù)據(jù)為1表示對應字段亮。如要顯示“0”,共陽極數(shù)碼管的字型編碼應為1100 0000B（即C0H）,共陰極數(shù)碼管的字型編碼應為0011 1111B（即3FH）。ALEWRRDRXDTXDINT0EA/VP31X119X2

5、18RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U189C52PSENP10P11P12P13P14P15P16P17T0T1INT1P00P01P02P03P04P05P06P07P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27P20P

6、21P22P23abfcgdeDPY117421105ab cd e fg3dpdpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpC06C28C39C412LEDDPY 4-LED12345678161514131211109R1KP00P01P02P03P04P05P06P075V LED數(shù)碼顯示方式及電路 靜態(tài)顯示方式LED顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點是每個數(shù)碼管的段選必須接一個8位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。當送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點是占用CPU時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點是硬件電路比較復雜，

7、成本較高。 動態(tài)顯示 動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應略小于靜態(tài)顯示電路中的。 動態(tài)顯示0-99s(T0方式1) 二、數(shù)碼管的靜態(tài)顯示二、數(shù)碼管的靜態(tài)顯示N N位位LEDLED數(shù)碼管組成的顯示單元數(shù)碼管組成的顯示單元四位靜態(tài)四位靜態(tài)LEDLED顯示器電路顯示器電路4 4個個LEDLED組成的靜態(tài)顯示硬件譯碼接口電路組成的靜態(tài)顯示硬件

8、譯碼接口電路任務實施任務實施一一元器件的準備元器件的準備二二硬件電路硬件電路三三程序設計程序設計一、元器件的準備一、元器件的準備 準備好之前章節(jié)所做準備好之前章節(jié)所做的最小系統(tǒng)的最小系統(tǒng), ,除此之外再準除此之外再準備備8 8個阻值為個阻值為510 510 額定功額定功率為率為1/4 W1/4 W的電阻、一個的電阻、一個0.50.5寸共陽極數(shù)碼管、一個寸共陽極數(shù)碼管、一個按鍵和一個阻值為按鍵和一個阻值為4.74.7 k k的上拉電阻的上拉電阻。三、程序設計三、程序設計5 43 2 1顯示對應鍵值顯示對應鍵值指示邏輯電平指示邏輯電平模擬流水模擬流水顯示變化的數(shù)字顯示變化的數(shù)字顯示特定的數(shù)字或字符

9、顯示特定的數(shù)字或字符1、（奇數(shù)學號） 1）讓數(shù)碼管1、3、5顯示數(shù)字9； 2）數(shù)碼管1、2、3輪流顯示0-9，并依次循環(huán)，間隔時間0.2S左右。 3）利用數(shù)碼管模擬流水燈，并用外部中斷0產(chǎn)生中斷程序：奇數(shù)led點亮（低電平觸發(fā)）2、（偶數(shù)學號） 1）讓數(shù)碼管2、4、6顯示數(shù)字F 2）數(shù)碼管4、5、6輪流顯示A-F，并依次循環(huán)，間隔時間0.2S左右。 3）利用數(shù)碼管模擬流水燈，并用外部中斷1產(chǎn)生中斷程序：偶數(shù)led點亮（下降沿觸發(fā)）實驗時序時序 時鐘周期也稱為振蕩周期,定義為時鐘脈沖頻率的倒數(shù)（時鐘周期就是單片機外接晶振頻率的倒數(shù),如外接12 MHz的晶振,那么時鐘周期就是1/12 s）,是計算

10、機中最基本的、最小的時間單位。 完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期。一般情況下,一個機器周期由若干個狀態(tài)周期組成。 指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時間,一般由若干個機器周期組成。指令不同,所需的機器周期數(shù)也不同。對于一些簡單的單字節(jié)指令,在取指令周期中,指令取出到指令寄存器后,立即譯碼執(zhí)行,不再需要其他的機器周期。時鐘周期、機器周期和指令周期之間的關系時鐘周期、機器周期和指令周期之間的關系80C51的定時/計數(shù)器 實現(xiàn)定時功能，比較方便的辦法是利用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器。也可以采用下面三種方法：軟件定時軟件定時：軟件定時不占用硬件資源，但占用了：軟件定時不占用硬件資源，但占用了CPU時

11、間，降低了時間，降低了CPU的利用率。的利用率。采用時基電路定時采用時基電路定時：例如采用：例如采用555電路，外接必要電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構成硬件定時電路。的元器件（電阻和電容），即可構成硬件定時電路。但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟件進行控制和修改，即不可編程。件進行控制和修改，即不可編程。采用可編程芯片定時采用可編程芯片定時：這種定時芯片的定時值及定：這種定時芯片的定時值及定時范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時時范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時功能強，使用靈活。在單片機的定時功能強，使用靈活。

12、在單片機的定時/計數(shù)器不夠用計數(shù)器不夠用時，可以考慮進行擴展。時，可以考慮進行擴展。二、單片機的定時二、單片機的定時/ /計數(shù)器計數(shù)器MCS-MCS-51 51 系列單片機定時系列單片機定時/ /計數(shù)器邏輯結構圖計數(shù)器邏輯結構圖一、定時一、定時/計數(shù)器的結構計數(shù)器的結構 定時定時/計數(shù)器的實質是加計數(shù)器的實質是加1計數(shù)器（計數(shù)器（16位），由高位），由高8位和低位和低8位兩個寄存器組成。位兩個寄存器組成。 加加1計數(shù)器計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源,一個是由一個是由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來（分頻后送來（12個個振蕩周期計數(shù)器加振

13、蕩周期計數(shù)器加1）；一個是）；一個是T0或或T1引腳輸入的引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加1，當加到計，當加到計數(shù)器為全數(shù)器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出使且計數(shù)器的溢出使TCON中中TF0或或TF1置置1，向，向CPU發(fā)出中斷請求（定時發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。如果計數(shù)器中斷允許時）。如果定時定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。 可見，由溢出時計數(shù)器的

14、值減去計數(shù)初值才是加可見，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加1計數(shù)器的計數(shù)值計數(shù)器的計數(shù)值。 設置為定時器模式時設置為定時器模式時，加，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（計數(shù)（1個機器周期等于個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的為晶振頻率的1/12）。）。計數(shù)值計數(shù)值N乘以機器周期乘以機器周期Tcy就就是定時時間是定時時間t 。設置為設置為計數(shù)器模式時計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由，外部事件計數(shù)脈沖由T0或或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采期間采樣樣T0、T1引腳電平。當某周期采

15、樣到一高電平輸入，引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從器。由于檢測一個從1到到0的下降沿需要的下降沿需要2個機器周期，個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為晶振頻率為12MHz時時，最高計數(shù)頻率不超過，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于即計數(shù)脈沖的周期要大于2 s。 TMOD是定時是定時/計數(shù)器的工作方式

16、寄存器，確定工作方式和計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；功能；TCON是控制寄存器，控制是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及的啟動和停止及設置溢出標志。設置溢出標志。 定時定時/計數(shù)器的控制計數(shù)器的控制 80C51單片機定時單片機定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。能寄存器控制。TMOD用于設置其工作方式；用于設置其工作方式；TCON用于控制其啟動和中斷申請。用于控制其啟動和中斷申請。一、工作方式寄存器一、工作方式寄存器TMOD 工作方式寄存器工作方式寄存器TMOD用于設置定時用于設置定時/計數(shù)器的計數(shù)器的工作方式，低四位用于工作方式，低四位用于

17、T0，高四位用于，高四位用于T1。其格式。其格式如下：如下：GATE：門控位。：門控位。GATE0時時，只要用軟件使，只要用軟件使TCON中的中的TR0或或TR1為為1，就可以啟動定時，就可以啟動定時/計數(shù)器工作；計數(shù)器工作；GATA1時，時，要用軟件使要用軟件使TR0或或TR1為為1，同時外部中斷引腳或也為高電，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動多計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動多了一條件。了一條件。 :定時定時/計數(shù)模式選擇位。計數(shù)模式選擇位。 0為為定時模式定時模式； 為計數(shù)模式。為計數(shù)模式。M1M0：工作方式設置位。定時：工作方

18、式設置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，計數(shù)器有四種工作方式，由由M1M0進行設置。進行設置。C/TC/T1C/T TCON的低的低4位用于控制外部中斷位用于控制外部中斷,已在前面介紹。已在前面介紹。TCON的的高高4位用于控制定時位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如下：計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如下：TF1（TCON.7）：）：T1溢出中斷請求標志位。溢出中斷請求標志位。T1計數(shù)溢出時由硬件自計數(shù)溢出時由硬件自動置動置TF1為為1。CPU響應中斷后響應中斷后TF1由硬件自動清由硬件自動清0。T1工作時，工作時，CPU可隨時查詢可隨時查詢TF1的狀態(tài)。所以，的狀態(tài)。所以，TF1可

19、用作查詢測試的標志?？捎米鞑樵儨y試的標志。TF1也可也可以用軟件置以用軟件置1或清或清0，同硬件置，同硬件置1或清或清0的效果一樣。的效果一樣。TR1（TCON.6）：）：T1運行控制位。運行控制位。TR1置置1時，時，T1開始工作；開始工作；TR1置置0時，時，T1停止工作。停止工作。TR1由軟件置由軟件置1或清或清0。所以，用軟件可控制定時。所以，用軟件可控制定時/計數(shù)器的啟動與停止。計數(shù)器的啟動與停止。TF0（TCON.5）：）：T0溢出中斷請求標志位，其功能與溢出中斷請求標志位，其功能與TF1類同。類同。TR0（TCON.4）：）：T0運行控制位，其功能與運行控制位，其功能與TR1類同

20、。類同?？刂萍拇嫫骺刂萍拇嫫鱐CONCPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。EX0(IE.0)，外部中斷，外部中斷0允許位；允許位；ET0(IE.1)，定時，定時/計數(shù)器計數(shù)器T0中斷允許位；中斷允許位； EX1(IE.2)，外部中斷，外部中斷0允許位；允許位；ET1(IE.3)，定時，定時/計數(shù)器計數(shù)器T1中斷允許位；中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；，串行口中斷允許位；EA (IE.7)， CPU中斷允許（總允許）位。中斷允許（總允許）位。 一、方式一、方式0 方式方式0為為13位計數(shù)位計數(shù)，由，由TL0的低的低5位（高位（高3位未用）

21、和位未用）和TH0的的8位組成。位組成。TL0的低的低5位溢出時向位溢出時向TH0進位，進位，TH0溢出時，溢出時，置位置位TCON中的中的TF0標志，向標志，向CPU發(fā)出中斷請求。發(fā)出中斷請求。定時定時/計數(shù)器的工作方式計數(shù)器的工作方式 定時器模式時定時器模式時有有:Nt/ Tcy 計數(shù)初值計算的公式為：計數(shù)初值計算的公式為：定時器的初值還可以采用計數(shù)個數(shù)直接取補法獲得定時器的初值還可以采用計數(shù)個數(shù)直接取補法獲得。計數(shù)模式時，計數(shù)脈沖是計數(shù)模式時，計數(shù)脈沖是T0引腳上的外部脈沖。引腳上的外部脈沖。13X=2 -N門控位門控位GATE具有特殊的作用。當具有特殊的作用。當GATE=0時，經(jīng)反相后

22、使時，經(jīng)反相后使或門輸出為或門輸出為1，此時僅由，此時僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出控制與門的開啟，與門輸出1時，控制開關接通，計數(shù)開始；時，控制開關接通，計數(shù)開始；當當GATE=1時時，由外中斷引，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時控制腳信號控制或門的輸出，此時控制與門的開啟由外中斷引與門的開啟由外中斷引腳信號和腳信號和TR0共同控制共同控制。當。當TR0=1時，外中斷引腳信號引腳時，外中斷引腳信號引腳的的高電平啟動計數(shù)高電平啟動計數(shù)，外中斷引腳信號引腳的，外中斷引腳信號引腳的低電平停止計低電平停止計數(shù)數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖

23、的寬度。 用定時器用定時器1 1方式方式0 0實現(xiàn)實現(xiàn)1 s1 s的延時的延時, ,試計算試計算計數(shù)初值。假設系統(tǒng)采用頻率為計數(shù)初值。假設系統(tǒng)采用頻率為12 MHz12 MHz的的晶振。晶振。 因方式0采用13位計數(shù)器,其最大定時時間為8 1921 s=8.192 ms,因此,定時時間不可能為50 ms,可選擇定時時間為5 ms,再循環(huán)執(zhí)行200次即可。定時時間選定后,再確定計數(shù)值為5 000,則定時器1的初值為 X = M -計數(shù)值=8 192-5 000 = 3 192 = C78H = 0110001111000B 因13位計數(shù)器中TL1的高3位未用,應填寫0,TH1占高8位,所以 X

24、的實際填寫值應為 X = 0110001100011000B = 6318H即 TH1=63H,TL1=18H,又因采用方式0定時,故 TMOD=00H。 解：解： 16X=2 -N方式方式1的計數(shù)位數(shù)是的計數(shù)位數(shù)是16位，由位，由TL0作為低作為低8位、位、TH0作為高作為高8位，組成了位，組成了16位加位加1計數(shù)器計數(shù)器 。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關系為：計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關系為： 二、方式二、方式1 例例 利用定時利用定時/計數(shù)器計數(shù)器T1的方式的方式1，產(chǎn)生，產(chǎn)生10ms的定時，的定時，設系統(tǒng)時鐘頻率為設系統(tǒng)時鐘頻率為12 MHz。解：解：1、計算計數(shù)初值、計算計數(shù)初值X：由于晶振為由于

25、晶振為12 MHz，所以機器周期，所以機器周期Tcy為為1 s。所以：所以：Nt/ Tcy 10000/110000X655361000055536D8F0H即應將即應將D8H送入送入TH0中，中，F(xiàn)0H送入送入TL0中中 2、求、求T1的方式控制字的方式控制字TMOD M1M0=01，GATE=0，C/T=0，可取方式控，可取方式控制字為制字為01H； 8X=2 -N方式方式2為自動重裝初值的為自動重裝初值的8位計數(shù)方式。位計數(shù)方式。 工作方式工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器。特別適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器。 計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關系為：計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關系為： 三、

26、方式三、方式2 試用定時器1方式2實現(xiàn)1 s的延時,試計算計數(shù)初值。假設系統(tǒng)采用頻率為12 MHz 的晶振。 因方式 2 是 8 位計數(shù)器,其最大定時時間為2561 s=256 s,為實現(xiàn)1 s延時,可選擇定時時間為250 s,再循環(huán)執(zhí)行4 000次。定時時間選定后,可確定計數(shù)值為250,則定時器1的初值為：X = M - 計數(shù)值 = 256-250 = 6 = 6H。采用定時器1方式2工作,因此,TMOD=20H。 解：解： 方式方式3只適用于定時只適用于定時/計數(shù)器計數(shù)器T0，定時器定時器T1處于方式處于方式3時相當時相當于于TR1=0，停止計數(shù)。，停止計數(shù)。 工作方式工作方式3將將T0分

27、成為兩個獨立的分成為兩個獨立的8位計數(shù)器位計數(shù)器TL0和和TH0 。 四、方式四、方式3 用T0方式3實現(xiàn)1 s的延時,試計算計數(shù)初值,設系統(tǒng)采用頻率為12 MHz的晶振。 根據(jù)題意,定時器0中的TH0只能為定時器,定時時間可設為250 s；TL0設置為計數(shù)器,計數(shù)值可設為200。TH0計滿溢出后,用軟件復位的方法使T0（P3.4）引腳產(chǎn)生負跳變,TH0每溢出一次,T0引腳便產(chǎn)生一個負跳變,TL0便計數(shù)一次。TL0計滿溢出時,延時時間應為50 ms,循環(huán)20次便可得到1 s的延時。 由上述分析可知, TH0計數(shù)初值為：X=（256-250）=6=06H TL0 計數(shù)初值為：X =（256-200）=56=38H TMOD = 00000111B=07H 解：解：4.定時定時/計數(shù)器的編程和應用計數(shù)器的編程和應用 在實時系統(tǒng)中在實時系統(tǒng)中, ,定時通常定時通常使用定