ch02單片機(jī)并行IO端口應(yīng)用-機(jī)器人信息顯示

單片機(jī)并行I/O端口應(yīng)用——機(jī)器人信息顯示新工科建設(shè)之路·機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用系列應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)機(jī)器人制作與開發(fā)(單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用)(第2版)第二章01控制8個(gè)LED閃爍本任務(wù)要求通過(guò)教學(xué)板上的AT89S52單片機(jī)來(lái)控制8個(gè)LED閃爍，進(jìn)而熟悉單片機(jī)并行I/O端口的使用及編程方法。本任務(wù)所需的元件包括：8個(gè)LED、8個(gè)1kΩ電阻和若干導(dǎo)線。在單片機(jī)的P2端口上分別接8個(gè)LED，編寫C語(yǔ)言源程序，并在編譯后下載到單片機(jī)中，即可實(shí)現(xiàn)控制8個(gè)LED閃爍的效果。控制8個(gè)LED閃爍控制8個(gè)LED閃爍AT89S52單片機(jī)控制8個(gè)LED閃爍的電路原理圖如圖2.1所示。8個(gè)LED的正極直接與+5V電源連接，負(fù)極則分別接8個(gè)1kΩ電阻，然后連接到單片機(jī)P2的8個(gè)端口上。電路中的電阻有兩個(gè)作用：一是限流，二是接到LED的負(fù)極以增加單片機(jī)端口的輸出電流，提高負(fù)載能力。當(dāng)P2端口被拉低為低電平，即輸出為O時(shí)，8個(gè)LED同時(shí)發(fā)光；反之，當(dāng)P2端口被拉高為高電平，即輸出為“1”時(shí)，8個(gè)LED同時(shí)不亮。控制8個(gè)LED閃爍舷意：本任務(wù)不用P1端口的原因是下載端口與Pl5、Pl6、PI7引腳相連，已在第1章搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)用過(guò)了。如果使用Pl端口控制LED，那么在搭建電路后將出現(xiàn)可執(zhí)行文件無(wú)法載入單片機(jī)的現(xiàn)象。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，在下載可執(zhí)行文件時(shí)，P15、P16、P17引腳不能連接任何電路，這樣可執(zhí)行文件才能正常下載。控制8個(gè)LED閃爍控制8個(gè)LED閃爍搭建時(shí)，將8個(gè)LED并排插在面包板上，搭建后的實(shí)物圖如圖2.2所示。十六進(jìn)制數(shù)Ox00轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)為00000000，P2=0x00表示將00000000的值賦給P2端口的8個(gè)連接LED的引腳，P2端口的8個(gè)引腳被清零，即為低電平，就點(diǎn)亮了8個(gè)LED。十六進(jìn)制數(shù)Oxff轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)為11111111，P2=0xff表示將11111111的值賦給P2端口，P2端口的8個(gè)引腳被置1，即為高電平，就熄滅了8個(gè)LED?？刂?個(gè)LED閃爍試一試修改程序?qū)崿F(xiàn)下面的燈光效果。①偶數(shù)燈先閃爍4次，奇數(shù)燈再閃爍4次，循環(huán)不止。②用8個(gè)LED構(gòu)建自己想要的模型，然后點(diǎn)亮?？刂?個(gè)LED閃爍02流水燈控制主函數(shù)在開始時(shí)首先執(zhí)行P2=0xfe的賦初值操作，表示8個(gè)LED的初始狀態(tài)是連接P20引腳的LED亮，其他7個(gè)LED滅，再執(zhí)行delayms（150）函數(shù)，延時(shí)150ms。然后進(jìn)入大循環(huán)，在大循環(huán)內(nèi)執(zhí)行“P2=_crol_（P2，1）”語(yǔ)句，將P2中存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)循環(huán)左移1位，即由11111110變成11111101，結(jié)果就是被點(diǎn)亮的LED移動(dòng)一位（向左還是向右要根據(jù)LED接線方式而定）。流水燈控制單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)然后執(zhí)行delayms（150）函數(shù)，延時(shí)150ms。P2循環(huán)向左移動(dòng)實(shí)際上是并行端口P2對(duì)應(yīng)的寄存器向高位移動(dòng)，最左的第8位補(bǔ)充到最右的第1位，這樣P2中的二進(jìn)制數(shù)就形成循環(huán)移動(dòng)。在大循環(huán)內(nèi)不斷執(zhí)行“P2=_crol_（P2，1）”和“delayms（150）”語(yǔ)句，表示被點(diǎn)亮的LED不斷地被移位，因此就可以看到LED被流動(dòng)點(diǎn)亮的現(xiàn)象。流水燈控制單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)試一試花樣流水燈：8個(gè)LED按預(yù)設(shè)的多種花樣變換顯示?？梢匝h(huán)移動(dòng)兩位間隔點(diǎn)亮LED，也可以讓8個(gè)LED先依次亮再依次滅。LED模擬交通燈：東西方向綠燈亮若干秒，黃燈閃爍5次后紅燈亮，紅燈亮后，南北方向由紅燈變?yōu)榫G燈，若干秒后南北方向黃燈閃爍5次后變?yōu)榧t燈，東西方向變綠燈，如此重復(fù)。完成LED模擬交通燈需要用到三種顏色的LED，這很容易從電子市場(chǎng)買到。另外，最好在面包板上將LED重新布局并搭建電路，讓交通燈看起來(lái)更貼近真實(shí)的效果。流水燈控制03數(shù)碼管顯示本任務(wù)介紹用AT89S52單片機(jī)并行1/O端口控制LED數(shù)碼管顯示數(shù)字和字母的方法，了解和掌握LED數(shù)碼管的編程控制技術(shù)。利用單片機(jī)的并行I/O端口控制1個(gè)1位八段共陰數(shù)碼管顯示數(shù)字和字符：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。顯示的方式是循環(huán)顯示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，每次顯示間隔時(shí)間為0.5s。本任務(wù)所需元件的清單包括：1個(gè)1位八段共陰數(shù)碼管、8個(gè)1kΩ電阻和若干導(dǎo)線。數(shù)碼管顯示LED數(shù)碼管（LEDSegmentDisplays）是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是LED。LED數(shù)碼管通過(guò)點(diǎn)亮內(nèi)部的LED來(lái)顯示數(shù)字或字符，所以LED數(shù)碼管顯示的清晰度與LED的亮度有著密切聯(lián)系。LED數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多1個(gè)小數(shù)點(diǎn)LED單元。本任務(wù)使用的數(shù)碼管是八段數(shù)碼管。八段數(shù)碼管實(shí)際上就是把8個(gè)LED封裝在一起組成“8”字和1個(gè)小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管顯示LED數(shù)碼管簡(jiǎn)介數(shù)碼管顯示圖2.3所示為八段數(shù)碼管實(shí)物圖。數(shù)碼管顯示圖2.4所示為八段數(shù)碼管引腳模型。數(shù)碼管顯示共陽(yáng)數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。數(shù)碼管顯示共陰數(shù)碼管把所有LED的陰極連接起來(lái)形成陰極公共端com，共陰數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。數(shù)碼管顯示共陰數(shù)碼管與AT89S52單片機(jī)的電路連接如圖2.7所示。電路設(shè)計(jì)和搭建數(shù)碼管的陰極公共端com與AT89S52教學(xué)板的GND端連接，數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g、Dp引腳分別與AT89S52教學(xué)板的P20、P21、P22、P23、P24、P25、P26、P27引腳相連，同時(shí)再分別接一個(gè)lkΩ的上拉電阻。數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示八段數(shù)碼管顯示電路連接效果圖如圖2.8所示。數(shù)碼管顯示表2.1給出了共陰數(shù)碼管的顯示編碼。數(shù)碼管顯示表2.2給出了共陽(yáng)數(shù)碼管的顯示編碼。04字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作本任務(wù)的目的是使讀者掌握LCD1602模塊的顯示原理及編程方法。將LCD1602模塊接至教學(xué)板，編寫程序使其顯示兩行字符。本任務(wù)所需元器件包括：1塊LCD1602，兩排10pin等長(zhǎng)排針，銅柱、螺母、螺釘若干。字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作在智能電子產(chǎn)品中，LED數(shù)碼管只能用來(lái)顯示數(shù)字或者少量的字母，當(dāng)需要顯示全部英文字母、圖像或漢字時(shí)，必須選擇使用LCD。字符型LCD模塊是用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型LCD模塊，目前常用的有16字×1行、16字×2行、20字×2行和40字×2行等字符模組。每個(gè)顯示的字符由5×7或5×11點(diǎn)陣組成，點(diǎn)陣字符位之間有一個(gè)空格，點(diǎn)陣的間隔起到字符間距和行距的作用。字符型點(diǎn)陣式LCD模塊（LiquidCrystalDisplayModule），簡(jiǎn)稱LCM。字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作字符型LCD1602模塊簡(jiǎn)介L(zhǎng)CM雖然顯示的字?jǐn)?shù)各不相同，但是都具有相同的輸入、輸出界面，其在現(xiàn)實(shí)生活中無(wú)處不在，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本任務(wù)以16字×2行（簡(jiǎn)稱16×2）字符模組、每個(gè)字符由5×7點(diǎn)陣組成的LCD模塊為例，詳細(xì)介紹字符型LCD模塊的編程技術(shù)。通過(guò)介紹并實(shí)踐實(shí)際的LCD模塊控制程序，使讀者掌握字符型LCD模塊的程序設(shè)計(jì)方法，使LCD聽從指揮顯示出各種字符和信息，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)增色添輝。字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作字符型LCD1602模塊簡(jiǎn)介①RS用于寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。②R/W用于讀/寫選擇，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。③E為使能信號(hào)端，實(shí)現(xiàn)LCD模塊與AT89S52的數(shù)據(jù)交互。字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。LCD模塊的基本操作功能與控制引腳設(shè)置如下。①讀狀態(tài)。②寫指令。③讀數(shù)據(jù)。④寫數(shù)據(jù)。字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作LCD1602模塊內(nèi)部顯示地址如圖2.9所示。在LCD1602模塊內(nèi)部RAM顯示緩沖區(qū)地址中，00~0F表示LCD1602模塊的上一行的每個(gè)字符，40~4F對(duì)應(yīng)LCD1602模塊的下一行的每個(gè)字符，需要在相應(yīng)的RAM地址中寫入要顯示字符的ASCII代碼才能顯示。字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作電路設(shè)計(jì)和搭建將兩排10pin等長(zhǎng)排針插到AT89S52教學(xué)板的JP2接口上，并在另一端安裝好銅柱、螺母和螺釘。此LCD1602模塊是大灣教育自制的產(chǎn)品，接口方式與安裝位置完全匹配鷗鵬機(jī)器人系列，在使用過(guò)程中僅需對(duì)位安裝即可。此任務(wù)中的LCD1602模塊用5V電壓驅(qū)動(dòng)，屏幕可顯示兩行（每行16個(gè)字符），不能顯示漢字，帶背光，內(nèi)置含128個(gè)字符的ASCII字符集字庫(kù)和并行接口。字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作LCD1602模塊與安裝示意圖如圖2.10所示。試一試結(jié)合前面所學(xué)的知識(shí)，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，并在LCD1602模塊上用一行顯示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，另一行顯示廣告的內(nèi)容。修改程序讓LCD1602模塊上下兩行滾動(dòng)顯示或者左右時(shí)隱時(shí)現(xiàn)地移動(dòng)顯示。字符型液晶顯示（LED）模塊和廣告機(jī)器人的制作05擴(kuò)展閱讀1引腳：VSS為地電源。2引腳：VDD接5V正電源。3引腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，當(dāng)接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，當(dāng)接地電源時(shí)對(duì)比度最強(qiáng)。擴(kuò)展閱讀4引腳：RS為寄存器選擇，當(dāng)高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)選擇指令寄存器。5引腳：R/W為讀寫信號(hào)線，當(dāng)高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)進(jìn)行寫操作。6引腳：E端為使能信號(hào)端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。擴(kuò)展閱讀7~14引腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。15~16引腳：空腳。擴(kuò)展閱讀本章用到的教學(xué)板就是單片機(jī)最小系統(tǒng)板。自行設(shè)計(jì)和制作教學(xué)板是電子工程師必須具備的基本技能。這里使用Protel99SE軟件簡(jiǎn)要介紹其PCB的設(shè)計(jì)過(guò)程。首先建立一個(gè)DDB文件，然后在DDB文件中新建電路圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目SCH文件，繪制電路原理圖。將所需的元件放進(jìn)SCH文件中，并設(shè)計(jì)元件的封裝、名稱、屬性等，再進(jìn)行有效連線。擴(kuò)展閱讀教學(xué)板的制作之后，在Documents目錄下，新建一個(gè)PCB文件，添加好封裝庫(kù)，將SCH文件導(dǎo)入PCB文件中，再合理調(diào)整元件位置，可以進(jìn)行自動(dòng)布線，也可以手動(dòng)布線。在完成后，將電路圖用熱轉(zhuǎn)印紙打印出來(lái)，也可在覆銅板上焊接獲得。由于軟件自帶的庫(kù)元件不完全，因此可以制作自己的SCH元件庫(kù)，自己制作Protel99SE封裝。在應(yīng)用此類軟件時(shí)會(huì)遇到很多問(wèn)題，需要花一定的時(shí)間學(xué)習(xí)，可以查閱相關(guān)的參考資料。擴(kuò)展閱讀Protel軟件主要在WindowsXP系統(tǒng)上使用，在Windows7、Windows8和Windows10上使用會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，Protel軟件的原廠商Altium公司已經(jīng)推出了Protel系列的最新高端版本AltiumDesigner（簡(jiǎn)稱AD），現(xiàn)在WindowsXP系統(tǒng)已停止更新，隨著Windows7、Windows8和Windows10的普及，電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)將會(huì)越來(lái)越多地用到AD軟件。讀者可以嘗試去學(xué)習(xí)AltiumDesigner軟件的使用方法，然后將單片機(jī)最小系統(tǒng)制成板，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，從中享受學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。擴(kuò)展閱讀06工程素質(zhì)和技