數(shù)碼管動態(tài)顯示課件

單片機與嵌入式系統(tǒng)

MCUandEmbeddedSystem

Doneisbetterthanperfect.

比完美更重要的是完成?！狥ACEBOOK2022年11月11日單片機與嵌入式系統(tǒng)

MCUandEmbeddedSys教學內(nèi)容第七章單片機外部擴展資源及應用2第七章單片機外部擴展資源及應用7.1單片機外部擴展概述7.2單片機外部存儲器的擴展7.3單片機外部鍵盤的擴展7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展7.5單片機外部A/D轉(zhuǎn)換器的擴展教學內(nèi)容第七章單片機外部擴展資源及應用2第七章單片機外部主要內(nèi)容：LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED靜態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展3第六章80C51單片機內(nèi)嵌外設(shè)及應用主要內(nèi)容：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展3第六章LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED及其工作參數(shù)LED(LightEmitingDiode)：發(fā)光二極管7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展4第七章單片機外部擴展資源及應用外加正向電壓小于正向閾值電壓時，LED不導通；當外加電壓大于正向閾值電壓時，LED導通，同時發(fā)光。LED二極管的正向?qū)妷罕绕胀ǘO管大，具體數(shù)值與LED材料有關(guān)。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED及其工作參數(shù)LED(LightEmitingDiode)：發(fā)光二極管7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展5第七章單片機外部擴展資源及應用限流電阻，控制流過LED的電流+5V電源正向?qū)òl(fā)光，反向截止熄滅工作電流5~20mA，最大不能超過50mA壓降1.2~2.5V之間接單片機I/O引腳，引腳輸出低電平時，發(fā)光二級管導通LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼顯示器：又稱數(shù)碼管，是由發(fā)光二極管組成的發(fā)光器件，可以用來顯示數(shù)字、字符等，在家電及工業(yè)控制領(lǐng)域有著很廣泛的應用，例如用來顯示溫度、數(shù)量、重量、日期、時間等，具有顯示醒目、直觀的優(yōu)點。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展6第七章單片機外部擴展資源及應用LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)單個LED數(shù)碼管內(nèi)部由7個獨立的條形發(fā)光二極管(排列成“日”字形)和1個小圓點發(fā)光二極管(可作為小數(shù)點)組成，根據(jù)各發(fā)光二極管(稱為“段”)的亮滅組成數(shù)字或字符。每段的亮滅均可單獨控制。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展7第七章單片機外部擴展資源及應用8個獨立的LED發(fā)光二極管abcdefghCOMCOMabcdefgh＋－＋－共陰：陰極并聯(lián)共陽：陽極并聯(lián)abcdefgh為了方便地控制數(shù)碼管的每個段，相應地將數(shù)碼管的每個段分別命名為a~h。在實際應用中，一般會將數(shù)碼管8個LED的陽極或者陰極并聯(lián)在一起。由此可見，一個數(shù)碼管至少有9個輸入端，其中a~h被定義為“段選端”，并聯(lián)在一起的公共端com被定義為“位選端”。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的顯示原理通過控制“段”的發(fā)光與熄滅，數(shù)碼管可以顯示數(shù)字和一些字母符號：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展8第七章單片機外部擴展資源及應用abcdefghGND＋－共陰極數(shù)碼管共陰極數(shù)碼管段發(fā)光：位選端輸入低電平0；段選端輸入高電平1。abcdefghCOM10000000LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的顯示原理通過控制“段”的發(fā)光與熄滅，數(shù)碼管可以顯示數(shù)字和一些字母符號：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展9第七章單片機外部擴展資源及應用+5Vabcdefgh＋－共陽極數(shù)碼管abcdefgh共陽極數(shù)碼管段發(fā)光：位選端輸入高電平1；段選端輸入低電平0。COM10000000LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的顯示原理例：共陰極數(shù)碼管顯示數(shù)字“2”：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展10第七章單片機外部擴展資源及應用abcdefghGND＋－共陰極數(shù)碼管abcdefgh11011010a段碼：0101

1011

(5BH)+5Vabcdefgh＋－共陽極數(shù)碼管00100101段碼：1010

0100

(A4H)LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的顯示字符及碼表7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展11第七章單片機外部擴展資源及應用LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位LED數(shù)碼顯示器的引腳結(jié)構(gòu)市售的LED數(shù)碼管尺寸、顏色多樣，常見1位LED數(shù)碼管有10個引腳，排列如下：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展12第七章單片機外部擴展資源及應用其中3腳、8腳為公共端(位選端)，根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的接線形式可分為共陰極(CommonCathode，CC)和共陽極(CommonAnode，CA)兩種類型。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陽LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展13第七章單片機外部擴展資源及應用使用1位共陽極LED數(shù)碼管時，公共端(位選端)接電源電壓；段選端通過1kΩ限流電阻接單片機I/O口。用單片機的I/O口控制每段LED的亮滅。通過程序從I/O口輸出待顯示字符的段碼。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陰LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展14第七章單片機外部擴展資源及應用使用1位共陰極LED數(shù)碼管時，公共端(位選端)接地；由于單片機I/O口驅(qū)動能力不夠，不能直接將段選端接單片機I/O口，因此在電路中增加三級管用作驅(qū)動。三級管的集電極與LED數(shù)碼管的段選端相連。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陰LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展15第七章單片機外部擴展資源及應用若直接用單片機I/O口驅(qū)動LED，則LED的電流由單片機I/O口提供，由于80C51單片機I/O口(P1、P2和P3口)輸出場效應管的內(nèi)部上拉電阻很大，約有幾百K，因此輸出電流很小，一般不超過1mA，基本無法驅(qū)動LED發(fā)光。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陰LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展16第七章單片機外部擴展資源及應用I/O口輸出高電平時，LED發(fā)光，其電流由VCC提供，R為限流電阻，阻值一般為幾百歐；I/O口輸出低電平時，LED熄滅，R上通過的電流大于LED發(fā)光時的電流，且該電流流入單片機引腳。單片機允許向全部引腳灌入的最大總電流為有限的，一般為幾十毫安，一旦單片機的I/O口通過上拉電阻驅(qū)動較多的LED(如數(shù)碼管)，當單片機I/O口都輸出低電平時，向引腳灌入的總電流可能超過上限值，導致單片機工作不穩(wěn)定。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陰LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展17第七章單片機外部擴展資源及應用11三極管導通0LED滅LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陰LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展18第七章單片機外部擴展資源及應用00三極管截止1LED亮這種接口電路在單片機輸出低電平時，利用三極管的截止，防止電流灌入單片機I/O引腳。同時，也增強了對LED的驅(qū)動能力。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位LED數(shù)碼顯示器的編程示例例：使1位共陽極數(shù)碼管循環(huán)顯示0~9，接口電路如下：

7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展19第七章單片機外部擴展資源及應用編程思路：要讓LED顯示數(shù)字，只需向P0口送出相應的段碼即可。由于數(shù)字0~9的段碼沒有規(guī)律可循，可以考慮用查表的方式來完成。在程序設(shè)計中可以設(shè)計一個循環(huán)變量，依次賦值0~9，然后以這個變量為下標去查找段碼數(shù)組，再把查到的數(shù)據(jù)送P0口。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位LED數(shù)碼顯示器的編程示例程序源代碼：unsignedchartab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//定義數(shù)組tab[]，并初始化為數(shù)字0~9的共陽極數(shù)碼管段碼voidmain(void){while(1){

unsignedchari; //定義循環(huán)變量for(i=0;i<10;i++){P0=tab[i];//找出以循環(huán)變量為下標的數(shù)組元素，輸出到P0口

delay();}//每輸出1個數(shù)字，延時一小段時間}}7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展20第七章單片機外部擴展資源及應用LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯問題？1個數(shù)碼管只能顯示1位數(shù)字，如果要顯示多位數(shù)字怎么辦？有兩種方式：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式：各位LED數(shù)碼管同時顯示。動態(tài)顯示方式：各位LED數(shù)碼管分時輪流顯示；同一時刻只有1位LED數(shù)碼管顯示；但因為顯示間隔非常短暫，由于人眼的視覺暫留效應，人眼看到的仍然是同時顯示的字符。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展21第七章單片機外部擴展資源及應用問題？7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展21第七章主要內(nèi)容：LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED靜態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展22第六章80C51單片機內(nèi)嵌外設(shè)及應用主要內(nèi)容：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展22第六LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示接口電路靜態(tài)顯示方式接口電路：每個LED數(shù)碼管的位選端按共陰極或共陽極分別接地或接電源；每個LED數(shù)碼管的8根段選端通過驅(qū)動器接單片機8位并行I/O口。這樣，每個數(shù)碼管都要單獨占用一個并行I/O口，以便單片機向數(shù)碼管傳送段碼。當顯示位數(shù)較多時，并行I/O口可能會不夠用，這時也可以采用串口擴展并口的方法，使串口工作在移位寄存器方式，通過在單片機外部增加移位寄存器構(gòu)成多位顯示電路。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展23第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展24第七章單片機外部擴展資源及應用4個I/O口均用于向LED顯示器輸出段碼，稱作“段控”。LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示接口電路注意：在擴展多位LED數(shù)碼管時，由于80C51單片機I/O口的驅(qū)動能力有限(輸出電流和灌入電流均有一定限制)，不論使用共陰極數(shù)碼管還是共陽極數(shù)碼管，單片機I/O口都必須經(jīng)驅(qū)動器再與LED的段選端相連。驅(qū)動電路可以直接由三極管構(gòu)成，也可以由小規(guī)模集成電路驅(qū)動器(如7407)或者驅(qū)動芯片(如74HC245)構(gòu)成。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展25第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示接口電路74LS245是8路同相三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線驅(qū)動芯片，具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。引腳說明:A0~A7總線端B0~B7總線端/CE三態(tài)門允許端(低電平有效)AB//BA方向控制端7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展26第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示接口電路共陽極LED靜態(tài)顯示接口電路：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展27第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示的程序設(shè)計在靜態(tài)顯示方式下，LED顯示程序和1位LED顯示的程序類似；只需通過寫I/O端口，送出相應LED數(shù)碼管的段碼即可。如：P0=0xc0;//使P0口連接的共陽極LED數(shù)碼管顯示0；7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展28第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示的特點①各數(shù)碼管同時顯示，數(shù)碼管始終發(fā)光，功耗比較大；②硬件電路復雜，使用元器件多、成本高；③占用單片機I/O多，適合顯示位數(shù)較少的場合；④軟件編程簡單，數(shù)據(jù)一但輸出，不再占用CPU時間。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展29第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器主要內(nèi)容：LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED靜態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展30第六章80C51單片機內(nèi)嵌外設(shè)及應用主要內(nèi)容：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展30第六LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示原理每次只有一位數(shù)碼管顯示，即在實際操作過程中各個數(shù)碼管輪流顯示。只要輪流顯示的速度足夠快，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝，人眼看到的將是整體顯示的效果。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展31第七章單片機外部擴展資源及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示原理以8位LED動態(tài)顯示20131126為例：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展32第七章單片機外部擴展資源及應用人眼實際看到的效果：LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口電路動態(tài)顯示方式接口電路：因為同一時刻只選通1個LED數(shù)碼管進行顯示，則每個LED數(shù)碼管的位選端通過驅(qū)動器接一根獨立的I/O口線；所有LED數(shù)碼管的段選同名端(a~h)并聯(lián)在一起，通過驅(qū)動器接單片機的一個8位并行I/O口。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展33第七章單片機外部擴展資源及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展34第七章單片機外部擴展資源及應用1個I/O口用于向LED顯示器輸出段碼，稱作“段控”；1個I/O口用于控制LED顯示器的亮、滅，稱作“位控”LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口電路CPU向段控端送出段碼時，因為數(shù)碼管的段選同名端并接，所有數(shù)碼管將接收到相同的段碼。但究竟是哪個數(shù)碼管進行顯示，則取決于LED的位選端，位選端的信號來自單片機的位控端，由單片機輸出位碼到位控端控制。注意：對于共陽極數(shù)碼管，位選端為高電平時選通；對于共陰極數(shù)碼管，位選端為低電平時選通。不論使用共陰極數(shù)碼管還是共陽極數(shù)碼管，單片機I/O口都必須經(jīng)驅(qū)動器再與LED的位選端相連。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展35第七章單片機外部擴展資源及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口電路共陽極LED動態(tài)顯示接口電路：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展36第七章單片機外部擴展資源及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示的程序設(shè)計例：使4位共陽極數(shù)碼管顯示數(shù)字“1234”；單片機P3口為段控口，P2口的低4位為位控口。解題思路：如要動態(tài)顯示4位數(shù)碼，則其顯示步驟可表示如下：i=0;do{①從位控口輸出位選信號使得第i位數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)；②通過查表法找到第i位數(shù)碼管需要顯示的字符，從段控口輸出段選信號進行顯示；③延時一小段時間；④i++;}while(i<4)7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展37第七章單片機外部擴展資源及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示的程序設(shè)計程序源代碼：unsignedchartab[]={0xf9,0xa4,0xb0,0x99};//定義數(shù)組tab[]，并初始化為數(shù)字1~4的共陽極數(shù)碼管段碼voidmain(void){while(1){

unsignedchari; //定義循環(huán)變量for(i=0;i<4;i++){

P2=_cror_(0x08,i);

//輸出位選信號P3=tab[i];//找出以循環(huán)變量為下標的數(shù)組元素，輸出到P0口

delay();}//每輸出1個數(shù)字，延時一小段時間}}7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展38第七章單片機外部擴展資源及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示的程序設(shè)計最后一個問題：為了使人眼看到穩(wěn)定的、同時整體顯示的結(jié)果，數(shù)碼管輪流顯示的速度到底得多快呢？答案：每個LED數(shù)碼管刷新頻率必須大于25Hz，即每個LED數(shù)碼管相鄰兩次點亮的時間間隔要小于40ms，也就是單片機完整掃描1次LED數(shù)碼管所需的時間必須小于40ms。對于具有N個LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路來說，每一個LED數(shù)碼管的顯示時間小于40/N(ms)。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展39第七章單片機外部擴展資源及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示的特點①各數(shù)碼管輪流顯示，數(shù)碼管輪流發(fā)光，LED發(fā)光亮度和穩(wěn)定度不如靜態(tài)顯示方式；②硬件電路較靜態(tài)顯示方式簡單，使用元器件少、硬件開銷低；③占用單片機I/O少，適合顯示位數(shù)較多的場合；④軟件編程比靜態(tài)顯示方式復雜，CPU必須要輪番送出位碼和段碼，花費CPU較多的時間。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展40第七章單片機外部擴展資源及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展小結(jié)學完本節(jié)，你應該達成以下學習目標：理解LED數(shù)碼顯示器的相關(guān)概念：共陰/共陽極數(shù)碼管、段選、位選、段控、位控；掌握LED數(shù)碼顯示器靜態(tài)及動態(tài)接口電路的工作原理和應用；掌握LED數(shù)碼顯示器接口電路設(shè)計；掌握LED數(shù)碼顯示器的程序設(shè)計方法。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展41第七章單片機外部擴展資源及應用單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展小結(jié)7.4單片機外部LE單片機與嵌入式系統(tǒng)

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MCUandEmbeddedSys教學內(nèi)容第七章單片機外部擴展資源及應用43第七章單片機外部擴展資源及應用7.1單片機外部擴展概述7.2單片機外部存儲器的擴展7.3單片機外部鍵盤的擴展7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展7.5單片機外部A/D轉(zhuǎn)換器的擴展教學內(nèi)容第七章單片機外部擴展資源及應用2第七章單片機外部主要內(nèi)容：LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED靜態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展44第六章80C51單片機內(nèi)嵌外設(shè)及應用主要內(nèi)容：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展3第六章LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED及其工作參數(shù)LED(LightEmitingDiode)：發(fā)光二極管7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展45第七章單片機外部擴展資源及應用外加正向電壓小于正向閾值電壓時，LED不導通；當外加電壓大于正向閾值電壓時，LED導通，同時發(fā)光。LED二極管的正向?qū)妷罕绕胀ǘO管大，具體數(shù)值與LED材料有關(guān)。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED及其工作參數(shù)LED(LightEmitingDiode)：發(fā)光二極管7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展46第七章單片機外部擴展資源及應用限流電阻，控制流過LED的電流+5V電源正向?qū)òl(fā)光，反向截止熄滅工作電流5~20mA，最大不能超過50mA壓降1.2~2.5V之間接單片機I/O引腳，引腳輸出低電平時，發(fā)光二級管導通LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼顯示器：又稱數(shù)碼管，是由發(fā)光二極管組成的發(fā)光器件，可以用來顯示數(shù)字、字符等，在家電及工業(yè)控制領(lǐng)域有著很廣泛的應用，例如用來顯示溫度、數(shù)量、重量、日期、時間等，具有顯示醒目、直觀的優(yōu)點。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展47第七章單片機外部擴展資源及應用LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)單個LED數(shù)碼管內(nèi)部由7個獨立的條形發(fā)光二極管(排列成“日”字形)和1個小圓點發(fā)光二極管(可作為小數(shù)點)組成，根據(jù)各發(fā)光二極管(稱為“段”)的亮滅組成數(shù)字或字符。每段的亮滅均可單獨控制。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展48第七章單片機外部擴展資源及應用8個獨立的LED發(fā)光二極管abcdefghCOMCOMabcdefgh＋－＋－共陰：陰極并聯(lián)共陽：陽極并聯(lián)abcdefgh為了方便地控制數(shù)碼管的每個段，相應地將數(shù)碼管的每個段分別命名為a~h。在實際應用中，一般會將數(shù)碼管8個LED的陽極或者陰極并聯(lián)在一起。由此可見，一個數(shù)碼管至少有9個輸入端，其中a~h被定義為“段選端”，并聯(lián)在一起的公共端com被定義為“位選端”。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的顯示原理通過控制“段”的發(fā)光與熄滅，數(shù)碼管可以顯示數(shù)字和一些字母符號：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展49第七章單片機外部擴展資源及應用abcdefghGND＋－共陰極數(shù)碼管共陰極數(shù)碼管段發(fā)光：位選端輸入低電平0；段選端輸入高電平1。abcdefghCOM10000000LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的顯示原理通過控制“段”的發(fā)光與熄滅，數(shù)碼管可以顯示數(shù)字和一些字母符號：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展50第七章單片機外部擴展資源及應用+5Vabcdefgh＋－共陽極數(shù)碼管abcdefgh共陽極數(shù)碼管段發(fā)光：位選端輸入高電平1；段選端輸入低電平0。COM10000000LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的顯示原理例：共陰極數(shù)碼管顯示數(shù)字“2”：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展51第七章單片機外部擴展資源及應用abcdefghGND＋－共陰極數(shù)碼管abcdefgh11011010a段碼：0101

1011

(5BH)+5Vabcdefgh＋－共陽極數(shù)碼管00100101段碼：1010

0100

(A4H)LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器的顯示字符及碼表7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展52第七章單片機外部擴展資源及應用LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位LED數(shù)碼顯示器的引腳結(jié)構(gòu)市售的LED數(shù)碼管尺寸、顏色多樣，常見1位LED數(shù)碼管有10個引腳，排列如下：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展53第七章單片機外部擴展資源及應用其中3腳、8腳為公共端(位選端)，根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的接線形式可分為共陰極(CommonCathode，CC)和共陽極(CommonAnode，CA)兩種類型。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陽LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展54第七章單片機外部擴展資源及應用使用1位共陽極LED數(shù)碼管時，公共端(位選端)接電源電壓；段選端通過1kΩ限流電阻接單片機I/O口。用單片機的I/O口控制每段LED的亮滅。通過程序從I/O口輸出待顯示字符的段碼。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陰LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展55第七章單片機外部擴展資源及應用使用1位共陰極LED數(shù)碼管時，公共端(位選端)接地；由于單片機I/O口驅(qū)動能力不夠，不能直接將段選端接單片機I/O口，因此在電路中增加三級管用作驅(qū)動。三級管的集電極與LED數(shù)碼管的段選端相連。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陰LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展56第七章單片機外部擴展資源及應用若直接用單片機I/O口驅(qū)動LED，則LED的電流由單片機I/O口提供，由于80C51單片機I/O口(P1、P2和P3口)輸出場效應管的內(nèi)部上拉電阻很大，約有幾百K，因此輸出電流很小，一般不超過1mA，基本無法驅(qū)動LED發(fā)光。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陰LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展57第七章單片機外部擴展資源及應用I/O口輸出高電平時，LED發(fā)光，其電流由VCC提供，R為限流電阻，阻值一般為幾百歐；I/O口輸出低電平時，LED熄滅，R上通過的電流大于LED發(fā)光時的電流，且該電流流入單片機引腳。單片機允許向全部引腳灌入的最大總電流為有限的，一般為幾十毫安，一旦單片機的I/O口通過上拉電阻驅(qū)動較多的LED(如數(shù)碼管)，當單片機I/O口都輸出低電平時，向引腳灌入的總電流可能超過上限值，導致單片機工作不穩(wěn)定。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陰LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展58第七章單片機外部擴展資源及應用11三極管導通0LED滅LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位共陰LED數(shù)碼顯示器的接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展59第七章單片機外部擴展資源及應用00三極管截止1LED亮這種接口電路在單片機輸出低電平時，利用三極管的截止，防止電流灌入單片機I/O引腳。同時，也增強了對LED的驅(qū)動能力。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位LED數(shù)碼顯示器的編程示例例：使1位共陽極數(shù)碼管循環(huán)顯示0~9，接口電路如下：

7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展60第七章單片機外部擴展資源及應用編程思路：要讓LED顯示數(shù)字，只需向P0口送出相應的段碼即可。由于數(shù)字0~9的段碼沒有規(guī)律可循，可以考慮用查表的方式來完成。在程序設(shè)計中可以設(shè)計一個循環(huán)變量，依次賦值0~9，然后以這個變量為下標去查找段碼數(shù)組，再把查到的數(shù)據(jù)送P0口。LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理1位LED數(shù)碼顯示器的編程示例程序源代碼：unsignedchartab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//定義數(shù)組tab[]，并初始化為數(shù)字0~9的共陽極數(shù)碼管段碼voidmain(void){while(1){

unsignedchari; //定義循環(huán)變量for(i=0;i<10;i++){P0=tab[i];//找出以循環(huán)變量為下標的數(shù)組元素，輸出到P0口

delay();}//每輸出1個數(shù)字，延時一小段時間}}7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展61第七章單片機外部擴展資源及應用LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理7.4單片機外部LED數(shù)碼顯問題？1個數(shù)碼管只能顯示1位數(shù)字，如果要顯示多位數(shù)字怎么辦？有兩種方式：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式：各位LED數(shù)碼管同時顯示。動態(tài)顯示方式：各位LED數(shù)碼管分時輪流顯示；同一時刻只有1位LED數(shù)碼管顯示；但因為顯示間隔非常短暫，由于人眼的視覺暫留效應，人眼看到的仍然是同時顯示的字符。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展62第七章單片機外部擴展資源及應用問題？7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展21第七章主要內(nèi)容：LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED靜態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展63第六章80C51單片機內(nèi)嵌外設(shè)及應用主要內(nèi)容：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展22第六LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示接口電路靜態(tài)顯示方式接口電路：每個LED數(shù)碼管的位選端按共陰極或共陽極分別接地或接電源；每個LED數(shù)碼管的8根段選端通過驅(qū)動器接單片機8位并行I/O口。這樣，每個數(shù)碼管都要單獨占用一個并行I/O口，以便單片機向數(shù)碼管傳送段碼。當顯示位數(shù)較多時，并行I/O口可能會不夠用，這時也可以采用串口擴展并口的方法，使串口工作在移位寄存器方式，通過在單片機外部增加移位寄存器構(gòu)成多位顯示電路。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展64第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展65第七章單片機外部擴展資源及應用4個I/O口均用于向LED顯示器輸出段碼，稱作“段控”。LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示接口電路注意：在擴展多位LED數(shù)碼管時，由于80C51單片機I/O口的驅(qū)動能力有限(輸出電流和灌入電流均有一定限制)，不論使用共陰極數(shù)碼管還是共陽極數(shù)碼管，單片機I/O口都必須經(jīng)驅(qū)動器再與LED的段選端相連。驅(qū)動電路可以直接由三極管構(gòu)成，也可以由小規(guī)模集成電路驅(qū)動器(如7407)或者驅(qū)動芯片(如74HC245)構(gòu)成。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展66第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示接口電路74LS245是8路同相三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線驅(qū)動芯片，具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。引腳說明:A0~A7總線端B0~B7總線端/CE三態(tài)門允許端(低電平有效)AB//BA方向控制端7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展67第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示接口電路共陽極LED靜態(tài)顯示接口電路：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展68第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示的程序設(shè)計在靜態(tài)顯示方式下，LED顯示程序和1位LED顯示的程序類似；只需通過寫I/O端口，送出相應LED數(shù)碼管的段碼即可。如：P0=0xc0;//使P0口連接的共陽極LED數(shù)碼管顯示0；7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展69第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED靜態(tài)顯示接口及應用LED靜態(tài)顯示的特點①各數(shù)碼管同時顯示，數(shù)碼管始終發(fā)光，功耗比較大；②硬件電路復雜，使用元器件多、成本高；③占用單片機I/O多，適合顯示位數(shù)較少的場合；④軟件編程簡單，數(shù)據(jù)一但輸出，不再占用CPU時間。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展70第七章單片機外部擴展資源及應用LED靜態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器主要內(nèi)容：LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED靜態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展71第六章80C51單片機內(nèi)嵌外設(shè)及應用主要內(nèi)容：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展30第六LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示原理每次只有一位數(shù)碼管顯示，即在實際操作過程中各個數(shù)碼管輪流顯示。只要輪流顯示的速度足夠快，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝，人眼看到的將是整體顯示的效果。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展72第七章單片機外部擴展資源及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示原理以8位LED動態(tài)顯示20131126為例：7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展73第七章單片機外部擴展資源及應用人眼實際看到的效果：LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口電路動態(tài)顯示方式接口電路：因為同一時刻只選通1個LED數(shù)碼管進行顯示，則每個LED數(shù)碼管的位選端通過驅(qū)動器接一根獨立的I/O口線；所有LED數(shù)碼管的段選同名端(a~h)并聯(lián)在一起，通過驅(qū)動器接單片機的一個8位并行I/O口。7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展74第七章單片機外部擴展資源及應用LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口電路7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器的擴展75第七章單片機外部擴展資源及應用1個I/O口用于向LED顯示器輸出段碼，稱作“段控”；1個I/O口用于控制LED顯示器的亮、滅，稱作“位控”LED動態(tài)顯示接口及應用7.4單片機外部LED數(shù)碼顯示器LED動態(tài)顯示接口及應用LED動態(tài)顯示接口電路CPU向段控端送出段碼時，因為數(shù)碼管的段選同名端并接，所有數(shù)碼管將接收到相同的段碼。但究竟是哪個