數(shù)碼管的靜態(tài)顯示

單片機應(yīng)用技術(shù)任務(wù)五數(shù)碼管顯示任務(wù)導(dǎo)入

很多以單片機為核心構(gòu)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(jié)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(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示部件有LED（lightemittingdiode）和LCD（liquidcrystaldisplay）兩種,LED數(shù)碼管顯示的應(yīng)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(wù)的實現(xiàn)來得以回答。任務(wù)五數(shù)碼管顯示一什么是數(shù)碼管二數(shù)碼管的靜態(tài)顯示知識學(xué)習(xí)一、什么是數(shù)碼管任務(wù)五數(shù)碼管顯示1.數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)

單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的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。若干個發(fā)光二極管構(gòu)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(yīng)的電壓使其導(dǎo)通時,與發(fā)光二極管對應(yīng)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(yīng)控制不同的發(fā)光二極管導(dǎo)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。任務(wù)五數(shù)碼管顯示共陽極數(shù)碼管LED數(shù)碼管從結(jié)構(gòu)形式上分共陰極數(shù)碼管任務(wù)五數(shù)碼管顯示LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖共陰數(shù)碼管碼表

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,

0 12 345

0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,

6 78 9AB

0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00

CDEF 無顯示任務(wù)五數(shù)碼管顯示2.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(dǎo)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(yīng)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,紅表筆接其他各腳,如果數(shù)碼管相應(yīng)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。任務(wù)五數(shù)碼管顯示3.數(shù)碼管的字型編碼

要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字型編碼。數(shù)據(jù)線D0與a字段對應(yīng),數(shù)據(jù)線D1與b字段對應(yīng),以此類推。如使用共陽極數(shù)碼管,數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段亮,數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管,數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段暗,數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段亮。如要顯示“0”,共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為11000000B（即C0H）,共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為00111111B（即3FH）。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(fù)雜，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(yīng)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(yīng)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)顯示任務(wù)五數(shù)碼管顯示N位LED數(shù)碼管組成的顯示單元任務(wù)五數(shù)碼管顯示四位靜態(tài)LED顯示器電路任務(wù)五數(shù)碼管顯示4個LED組成的靜態(tài)顯示硬件譯碼接口電路任務(wù)五任務(wù)實施數(shù)碼管顯示一元器件的準備二硬件電路三程序設(shè)計一、元器件的準備

準備好之前章節(jié)所做的最小系統(tǒng),除此之外再準備8個阻值為510Ω額定功率為1/4W的電阻、一個0.5寸共陽極數(shù)碼管、一個按鍵和一個阻值為4.7kΩ的上拉電阻。任務(wù)五數(shù)碼管顯示三、程序設(shè)計5

43

2

1顯示對應(yīng)鍵值指示邏輯電平模擬流水顯示變化的數(shù)字顯示特定的數(shù)字或字符任務(wù)五數(shù)碼管顯示1、（奇數(shù)學(xué)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(xué)號）

1）讓數(shù)碼管2、4、6顯示數(shù)字F2）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（1）時鐘周期

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12MHz的晶振,那么時鐘周期就是1/12μs）,是計算機中最基本的、最小的時間單位。（2）機器周期

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。（3）指令周期時鐘周期、機器周期和指令周期之間的關(guān)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：軟件定時不占用硬件資源，但占用了CPU時間，降低了CPU的利用率。采用時基電路定時：例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構(gòu)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件進行控制和修改，即不可編程。采用可編程芯片定時：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，此種芯片定時功能強，使用靈活。在單片機的定時/計數(shù)器不夠用時，可以考慮進行擴展。二、單片機的定時/計數(shù)器MCS-51系列單片機定時/計數(shù)器邏輯結(jié)構(gòu)圖一、定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。

加1計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源,一個是由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來（12個振蕩周期計數(shù)器加1）；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加1，當加到計數(shù)器為全1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TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。如果定時/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。

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。

設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t

。設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1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1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2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。當晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2s。

TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標志。

定時/計數(shù)器的控制80C51單片機定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動和中斷申請。一、工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時/計數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：GATE：門控位。GATE＝0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動多了一條件。

:定時/計數(shù)模式選擇位。＝0為定時模式；為計數(shù)模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進行設(shè)置。

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/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。T1計數(shù)溢出時由硬件自動置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/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TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1類同?？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0允許位；ET0(IE.1)，定時/計數(shù)器T0中斷允許位；EX1(IE.2)，外部中斷0允許位；ET1(IE.3)，定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；EA(IE.7)，CPU中斷允許（總允許）位。

一、方式0

方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發(fā)出中斷請求。定時/計數(shù)器的工作方式

定時器模式時有:N＝t/Tcy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。計數(shù)模式時，計數(shù)脈沖是T0引腳上的外部脈沖。門控位GATE具有特殊的作用。當GATE=0時，經(jīng)反相后使或門輸出為1，此時僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出1時，控制開關(guān)接通，計數(shù)開始；當GATE=1時，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時控制與門的開啟由外中斷引腳信號和TR0共同控制。當TR0=1時，外中斷引腳信號引腳的高電平啟動計數(shù)，外中斷引腳信號引腳的低電平停止計數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。

用定時器1方式0實現(xiàn)1s的延時,試計算計數(shù)初值。假設(shè)系統(tǒng)采用頻率為12MHz的晶振。

因方式0采用13位計數(shù)器,其最大定時時間為8192×1μs=8.192ms,因此,定時時間不可能為50ms,可選擇定時時間為5ms,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5000,則定時器1的初值為X=M-計數(shù)值=8192-5000=3192=C78H=0110001111000B因13位計數(shù)器中TL1的高3位未用,應(yīng)填寫0,TH1占高8位,所以X的實際填寫值應(yīng)為X=0110001100011000B=6318H即TH1=63H,TL1=18H,又因采用方式0定時,故TMOD=00H。解：

方式1的計數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計數(shù)器。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：

二、方式1

例利用定時/計數(shù)器T1的方式1，產(chǎn)生10ms的定時，設(shè)系統(tǒng)時鐘頻率為12MHz。解：1、計算計數(shù)初值X：由于晶振為12MHz，所以機器周期Tcy為1s。所以：N＝t/Tcy＝10000/1＝10000X＝65536－10000＝55536＝D8F0H即應(yīng)將D8H送入TH0中，F(xiàn)0H送入TL0中

2、求T1的方式控制字TMOD

M1M0=01，GATE=0，C/T=0，可取方式控制字為01H；

方式2為自動重裝初值的8位計數(shù)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。

計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：

三、方式2

試用定時器1方式2實現(xiàn)1s的延時,試計算計數(shù)初值。假設(shè)系統(tǒng)采用頻率為12MHz的晶振。

因方式2是8位計數(shù)器,其最大定時時間為256×1μs=256μs,為實現(xiàn)1s延時,可選擇定時時間為250μs,再循環(huán)執(zhí)行4000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：

方式3只適用于定時/計數(shù)器T0，定時器T1處于方式3時相當于TR1=0，停止計數(shù)。

工作方式3將T0分成為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0

。

四、方式3

用T0方式3實現(xiàn)1s的延時,試計算計數(shù)初值,設(shè)系統(tǒng)采用頻率為12MHz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(shè)為250μs；TL0設(shè)置為計數(shù)器,計數(shù)值可設(shè)為200。TH0計滿溢出后,用軟件復(fù)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(yīng)為50ms,循環(huán)20次便可得到1s的延時。由上述分析可知,TH0計數(shù)初值為：X=（256-250）=6=06HTL0計數(shù)初值為：X=（256-200）=56=38HTMOD=0000