protues課件-第6講數(shù)碼管動態(tài)掃描電路的仿真實(shí)驗(yàn)

6.1數(shù)碼管動態(tài)掃描電路的原理介紹6.2動態(tài)掃描硬件電路的設(shè)計(jì)6.3軟件編程實(shí)現(xiàn)動態(tài)掃描數(shù)碼管的顯示6.4動態(tài)掃描電路在Proteus中的驗(yàn)證6.5實(shí)例講解第六講數(shù)碼管動態(tài)掃描電路的仿真實(shí)驗(yàn)6.1數(shù)碼管動態(tài)掃描電路的原理介紹LED（LightEmittingDiode）數(shù)碼管應(yīng)用非常普遍，由發(fā)光二極管構(gòu)成。6.1.1LED數(shù)碼管的工作原理常見的LED數(shù)碼管為“8”字型的，共計(jì)8段。每一段對應(yīng)一個發(fā)光二極管。這種數(shù)碼管顯示器有共陽極和共陰極兩種，如圖6-1所示。共陰極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。4圖6-18段LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及外形共陽極數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)段被顯示。為了使LED數(shù)碼管顯示不同的符號或數(shù)字，要把某些段的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，這樣就要為LED數(shù)碼管提供代碼，因?yàn)檫@些代碼可使LED相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼也稱為段碼（或稱字型碼）。5LED數(shù)碼管共計(jì)8段。因此提供給LED數(shù)碼管的段碼（或字型碼）正好是一個字節(jié)。在使用中，習(xí)慣上是以“a”段對應(yīng)段碼字節(jié)的最低位。各段與字節(jié)中各位對應(yīng)關(guān)系如表10-1所示。

6顯示各種字符的8段LED數(shù)碼管的段碼如表10-2所示。除了“8”字型的LED數(shù)碼管外，市面上還有“±1”型、“米”字型和“點(diǎn)陣”型LED顯示器，如圖10-2所示。廠家也可根據(jù)用戶的需要定做特殊字型的數(shù)碼管。8圖6-2其他各種字型的LED顯示器6.1.2LED數(shù)碼管顯示器的兩種顯示方式LED數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。91．LED靜態(tài)顯示方式靜態(tài)顯示指無論多少位LED數(shù)碼管，都同時處于顯示狀態(tài)。電路連接：數(shù)碼管工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或接+5V）；每位的段碼線（a～dp）分別與一個8位的I/O口鎖存器輸出相連。如果送往各個LED數(shù)碼管所顯示字符的段碼一經(jīng)確定，則相應(yīng)I/O口鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個字符的段碼為止。優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)顯示無閃爍，亮度較高，軟件控制比較容易。10工作原理：圖6-3為4位LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示器電路，各位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段碼線上保持段碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于各位分別由一8位的數(shù)字輸出端口控制段碼線，故在同一時間里，每一位顯示的字符可以各不相同。不足：靜態(tài)顯示方式占用口線較多。如果顯示器的數(shù)目增多，則需要增加I/O口的數(shù)目。11圖6-34位LED靜態(tài)顯示的原理電路2．LED動態(tài)顯示方式當(dāng)顯示位數(shù)較多，靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，這時常采用動態(tài)顯示。電路連接：為節(jié)省I/O口，通常將所有顯示器的段碼線的相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，而各位顯示位的公共端分別由相應(yīng)的I/O線控制。圖6-4所示為一個4位8段LED動態(tài)顯示器電路。其中段碼線占用一個8位I/O口，而位選控制使用一個I/O口的4位口線。13圖6-44位8段LED動態(tài)顯示的原理電路工作原理：動態(tài)顯示就是通過段碼線向顯示器（所有的）輸出所要顯示字符的段碼。每一時刻，只有一位位選線有效，其他各位都無效。逐位地每隔一定時間輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描方式），由于LED數(shù)碼管的余輝和人眼的“視覺暫留”作用，只要控制好每位顯示的時間和間隔，則可以造成“多位同時亮”的假象，達(dá)到同時顯示的效果。15

LED不同位顯示的時間間隔（掃描間隔）應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時，如果導(dǎo)通時間太短，發(fā)光太弱，人眼無法看清；時間太長，要受限于臨界閃爍頻率，而且此時間越長，占用單片機(jī)時間也越多。顯示位數(shù)增多，也將占用單片機(jī)大量時間，因此動態(tài)顯示的實(shí)質(zhì)是以犧牲單片機(jī)時間來換取I/O端口減少。166.2動態(tài)掃描硬件電路的設(shè)計(jì)以8只集成式7段數(shù)碼管為例，介紹動態(tài)掃描電路的設(shè)計(jì)。在Proteus中，常用的顯示器件在Proteus元件拾取對話框中的Optoelectronics類中，如圖6-5所示。圖6-5顯示器件常用的七段顯示，元件名的前綴為7SEG-，在用到此類元件時，采取部分查詢方法，直接在“Keywords”中輸入“7SEG-”即可，根據(jù)元件后面的英文說明來選取所需元件。這里我們選取的是8只集成式7段數(shù)碼管，它分為共陽極和共陰極兩種。分別用7SEG-MPX8-CA-BLUE和7SEG-MPX8-CC-BLUE表示，共陽位CA，共陰為CC，MPX后面的數(shù)字代表集成x個數(shù)碼管，BLUE代表數(shù)碼顯示的顏色。數(shù)碼管顯示單個數(shù)字如圖6-6所示為共陽極數(shù)碼管。7段數(shù)碼管有段碼和位碼兩個不同控制端。8個數(shù)碼管的段碼a,b,c,d,e,f,g,dp并聯(lián)在一起，通過上拉電阻接到了51單片機(jī)的P0口，而每一位數(shù)碼管的位碼則通過三極管分別接到51單片機(jī)的P2口，其中P2口接三極管的基極，發(fā)射極接到數(shù)碼管的位碼選擇端。電路符合數(shù)碼管動態(tài)顯示的原理。圖6-6數(shù)碼管顯示電路6.3軟件編程實(shí)現(xiàn)動態(tài)掃描數(shù)碼管的顯示以圖6-6為例，我們要求8只集成式7段數(shù)碼管依次從左到右顯示0~7，每次只有一個數(shù)碼管顯示數(shù)字。由原理圖可知，圖中各數(shù)碼管的共陽極分別與8只NPN型三極管射極相連，程序運(yùn)行時，任一時刻僅允許一只數(shù)碼管的共陽極連接+5V，當(dāng)向P0端口發(fā)送段碼時，相應(yīng)數(shù)字會顯示在某一只數(shù)碼管上，依次循環(huán)選中8只數(shù)碼管中的一只時，即可形成滾動顯示效果。要在數(shù)碼管上滾動顯示單個數(shù)字，任一時刻只需要選通一只數(shù)碼管，例如，要在最左邊數(shù)碼管上顯示數(shù)字，對于本例中的共陽數(shù)碼管，其位引腳（該數(shù)碼管的共陽極）要設(shè)置為1（+5V），由于使用的是NPN三極管，P2.0為1，即P2端口的值為00000001時，第1只三極管導(dǎo)通，對應(yīng)數(shù)碼管共陽極連接+5V。同理，如果需要在第3只數(shù)碼管上顯示數(shù)字，P2端口的值為00000100.本例將位碼初值設(shè)為0x80，即10000000，for循環(huán)中執(zhí)行循環(huán)左移時，k值將為00000001,00000010,00000100,…,10000000，如此重復(fù)。每次段碼的發(fā)送均與位選通碼對應(yīng)，形成單個數(shù)字的循環(huán)滾動顯示。參考源代碼為：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodeDSY_CODE[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//各數(shù)字的數(shù)碼管段碼voiddelayMS(uintx)//延時函數(shù){ uchari; while(x--) { for(i=0;i<120;i++); }}參考源代碼為：voidmain(){ uchari,k=0x80; while(1) { for(i=0;i<8;i++) { P2=0x00;//關(guān)閉顯示 k=_crol_(k,1); P0=DSY_CODE[i];//發(fā)送數(shù)碼管段碼 P2=k;//發(fā)送數(shù)碼管位碼 delayMS(300); } }}6.4動態(tài)掃描電路在Proteus中的驗(yàn)證6.4.1Proteus電路設(shè)計(jì)1.元件清單列表打開ProteusISIS編輯環(huán)境，按表6-3所列的清單添加元件

元

件

名

稱所

屬

類所

屬

子

類AT89C51MicroprocessorICs8051FamilyCAPCapacitorsGenericCAP-ELECCapacitorsGenericCRYSTALMiscellaneous－RESResistorsGeneric7SEG-MPX8-CA-BLUEOptoelectronics7-SegmentDisplaysRX8ResistorsResistorPacksNPNTransistorsGeneric表6-3元件清單2.電路原理圖元件全部添加后，在ProteusISIS的編輯區(qū)域中按圖6-7所示的原理圖連接硬件電路。圖6-7電路原理圖3、源程序的添加參照第五講在Keil中建立工程，添加源程序文件、構(gòu)建.hex文件，加載目標(biāo)代碼，進(jìn)入調(diào)試環(huán)境后執(zhí)行程序，觀察動態(tài)顯示的過程，如圖6-8所示。圖6-8電路運(yùn)行過程6.5實(shí)例講解參照之前的例子，我們修改下電路和程序，要求8只集成式7段數(shù)碼管同時顯示多個不同的字符，例如同時顯示1~8。分析：對于集成式數(shù)碼管，任何時候發(fā)送的段碼會被所有數(shù)碼管收到，如果本例中所有共陽數(shù)碼管的位碼均為1（0xff），則所有數(shù)碼管都會顯示同一字符。為了使不同數(shù)碼管顯示不同字符，可以使用集成式多位數(shù)碼管常用的動態(tài)掃描顯示技術(shù)，它利用了人的視覺暫留特征，選通第1只數(shù)碼管時，發(fā)送1的段碼；選通第2只數(shù)碼管時，發(fā)送2的段碼；依次類推。每次僅選通一只數(shù)碼管，發(fā)送對應(yīng)的段碼，每次切換選通下一數(shù)碼管并發(fā)送相應(yīng)段碼的時間間隔非常短，視覺惰性使人感覺不到字符是一個接一個顯示在不同數(shù)碼管上的，反而會覺得所有字符很穩(wěn)定地同時顯示在不同數(shù)碼管上。本例相對前面的例子，相類似的是在數(shù)碼管的不同位置逐個顯示不同字符，只是切換速度大大增加了。要注意全屏的掃描頻率要高于視覺暫留頻率16-20Hz。可以參考以下的電路原理圖6-9.圖6-9參考電路圖1