數(shù)碼管的靜態(tài)顯示

單片機(jī)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(jī)為核心構(gòu)成的系統(tǒng)都含有顯示部分,它是人機(jī)交流的重要組成部分,與鍵盤一樣有著重要的地位。單片機(jī)的運(yùn)行結(jié)果和運(yùn)行狀態(tài)可以通過顯示部分直觀地呈現(xiàn)出來(lái)。單片機(jī)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(lái)使用數(shù)碼管呢？這些問題將通過本任務(wù)的實(shí)現(xiàn)來(lái)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(shí)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(jī)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(gè)發(fā)光二極管,所以也有人叫做八段顯示器。若干個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成了LED數(shù)碼顯示器的主要部分,當(dāng)在發(fā)光二極管的兩端加相應(yīng)的電壓使其導(dǎo)通時(shí),與發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)的點(diǎn)或線發(fā)光,用這樣的發(fā)光二極管來(lái)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(gè)發(fā)光二極管組成一個(gè)數(shù)字“8”,一個(gè)發(fā)光二極管組成小數(shù)點(diǎn)。任務(wù)五數(shù)碼管顯示共陽(yáng)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(wú)顯示任務(wù)五數(shù)碼管顯示2.數(shù)碼管的測(cè)量

使用數(shù)碼管時(shí),首先要識(shí)別其是共陰極型的還是共陽(yáng)極型,這可以通過測(cè)量它的管腳來(lái)確定。還可以直接用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試,方法同測(cè)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(yáng)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(fù)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(duì)應(yīng),數(shù)據(jù)線D1與b字段對(duì)應(yīng),以此類推。如使用共陽(yáng)極數(shù)碼管,數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段亮,數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管,數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段暗,數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段亮。如要顯示“0”,共陽(yáng)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(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管的段選必須接一個(gè)8位數(shù)據(jù)線來(lái)保持顯示的字形碼。當(dāng)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(diǎn)是占用CPU時(shí)間少，顯示便于監(jiān)測(cè)和控制。缺點(diǎn)是硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。

動(dòng)態(tài)顯示動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)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(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)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(shí)都在顯示。動(dòng)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(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。動(dòng)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(gè)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(shí)施數(shù)碼管顯示一元器件的準(zhǔn)備二硬件電路三程序設(shè)計(jì)一、元器件的準(zhǔn)備

準(zhǔn)備好之前章節(jié)所做的最小系統(tǒng),除此之外再準(zhǔn)備8個(gè)阻值為510Ω額定功率為1/4W的電阻、一個(gè)0.5寸共陽(yáng)極數(shù)碼管、一個(gè)按鍵和一個(gè)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(jì)5

43

2

1顯示對(duì)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(hào)）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(shí)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(diǎn)亮（低電平觸發(fā)）2、（偶數(shù)學(xué)號(hào)）

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(shí)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(diǎn)亮（下降沿觸發(fā)）實(shí)驗(yàn)時(shí)序（1）時(shí)鐘周期

時(shí)鐘周期也稱為振蕩周期,定義為時(shí)鐘脈沖頻率的倒數(shù)（時(shí)鐘周期就是單片機(jī)外接晶振頻率的倒數(shù),如外接12MHz的晶振,那么時(shí)鐘周期就是1/12μs）,是計(jì)算機(jī)中最基本的、最小的時(shí)間單位。（2）機(jī)器周期

完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。一般情況下,一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)狀態(tài)周期組成。

指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間,一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。指令不同,所需的機(jī)器周期數(shù)也不同。對(duì)于一些簡(jiǎn)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(jī)器周期。（3）指令周期時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期之間的關(guān)系80C51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器

實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，比較方便的辦法是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。也可以采用下面三種方法：軟件定時(shí)：軟件定時(shí)不占用硬件資源，但占用了CPU時(shí)間，降低了CPU的利用率。采用時(shí)基電路定時(shí)：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(shí)電路。但在硬件連接好以后，定時(shí)值與定時(shí)范圍不能由軟件進(jìn)行控制和修改，即不可編程。采用可編程芯片定時(shí)：這種定時(shí)芯片的定時(shí)值及定時(shí)范圍很容易用軟件來(lái)確定和修改，此種芯片定時(shí)功能強(qiáng)，使用靈活。在單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器不夠用時(shí)，可以考慮進(jìn)行擴(kuò)展。二、單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器MCS-51系列單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器邏輯結(jié)構(gòu)圖一、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。

加1計(jì)數(shù)器輸入的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來(lái)源,一個(gè)是由系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來(lái)（12個(gè)振蕩周期計(jì)數(shù)器加1）；一個(gè)是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷允許時(shí)）。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)模式，則表示定時(shí)時(shí)間已到；如果工作于計(jì)數(shù)模式，則表示計(jì)數(shù)值已滿。

可見，由溢出時(shí)計(jì)數(shù)器的值減去計(jì)數(shù)初值才是加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加1計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計(jì)數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy就是定時(shí)時(shí)間t

。設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計(jì)數(shù)器。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)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(shí)，則計(jì)數(shù)器加1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器。由于檢測(cè)一個(gè)從1到0的下降沿需要2個(gè)機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于2s。

TMOD是定時(shí)/計(jì)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(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。

定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制80C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)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(dòng)和中斷申請(qǐng)。一、工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)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(shí)，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；GATA＝1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。即此時(shí)定時(shí)器的啟動(dòng)多了一條件。

:定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。＝0為定時(shí)模式；為計(jì)數(shù)模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)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(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測(cè)試的標(biāo)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(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同?？刂萍拇嫫鱐CONCPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)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(shí)/計(jì)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(shí)/計(jì)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(jì)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(shí)向TH0進(jìn)位，TH0溢出時(shí)，置位TCON中的TF0標(biāo)志，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式

定時(shí)器模式時(shí)有:N＝t/Tcy計(jì)數(shù)初值計(jì)算的公式為：定時(shí)器的初值還可以采用計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)直接取補(bǔ)法獲得。計(jì)數(shù)模式時(shí)，計(jì)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(dāng)GATE=0時(shí)，經(jīng)反相后使或門輸出為1，此時(shí)僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出1時(shí)，控制開關(guān)接通，計(jì)數(shù)開始；當(dāng)GATE=1時(shí)，由外中斷引腳信號(hào)控制或門的輸出，此時(shí)控制與門的開啟由外中斷引腳信號(hào)和TR0共同控制。當(dāng)TR0=1時(shí)，外中斷引腳信號(hào)引腳的高電平啟動(dòng)計(jì)數(shù)，外中斷引腳信號(hào)引腳的低電平停止計(jì)數(shù)。這種方式常用來(lái)測(cè)量外中斷引腳上正脈沖的寬度。

用定時(shí)器1方式0實(shí)現(xiàn)1s的延時(shí),試計(jì)算計(jì)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(jì)數(shù)器,其最大定時(shí)時(shí)間為8192×1μs=8.192ms,因此,定時(shí)時(shí)間不可能為50ms,可選擇定時(shí)時(shí)間為5ms,再循環(huán)執(zhí)行200次即可。定時(shí)時(shí)間選定后,再確定計(jì)數(shù)值為5000,則定時(shí)器1的初值為X=M-計(jì)數(shù)值=8192-5000=3192=C78H=0110001111000B因13位計(jì)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(shí)際填寫值應(yīng)為X=0110001100011000B=6318H即TH1=63H,TL1=18H,又因采用方式0定時(shí),故TMOD=00H。解：

方式1的計(jì)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(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)與計(jì)數(shù)初值的關(guān)系為：

二、方式1

例利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的方式1，產(chǎn)生10ms的定時(shí)，設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12MHz。解：1、計(jì)算計(jì)數(shù)初值X：由于晶振為12MHz，所以機(jī)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(dòng)重裝初值的8位計(jì)數(shù)方式。工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號(hào)發(fā)生器。

計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)與計(jì)數(shù)初值的關(guān)系為：

三、方式2

試用定時(shí)器1方式2實(shí)現(xiàn)1s的延時(shí),試計(jì)算計(jì)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(jì)數(shù)器,其最大定時(shí)時(shí)間為256×1μs=256μs,為實(shí)現(xiàn)1s延時(shí),可選擇定時(shí)時(shí)間為250μs,再循環(huán)執(zhí)行4000次。定時(shí)時(shí)間選定后,可確定計(jì)數(shù)值為250,則定時(shí)器1的初值為：X=M-計(jì)數(shù)值=256-250=6=6H。采用定時(shí)器1方式2工作,因此,TMOD=20H。解：

方式3只適用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，定時(shí)器T1處于方式3時(shí)相當(dāng)于TR1=0，停止計(jì)數(shù)。

工作方式3將T0分成為兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0

。

四、方式3

用T0方式3實(shí)現(xiàn)1s的延時(shí),試計(jì)算計(jì)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(shí)器0中的TH0只能為定時(shí)器,定時(shí)時(shí)間可設(shè)為250μs；TL0設(shè)置為計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)值可設(shè)為200。TH0計(jì)滿溢出后,用軟件復(fù)位的方法使T0（P3.4）引腳產(chǎn)生負(fù)跳變,TH0每溢出一次,T0引腳便產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變,TL0便計(jì)數(shù)一次。TL0計(jì)滿溢出時(shí),延時(shí)時(shí)間應(yīng)為50ms,循環(huán)20次便可得到1s的延時(shí)。由上述分析可知,TH0計(jì)數(shù)初值為：X=（256-250）=6=06HTL0計(jì)數(shù)初值為：X=（256-200）=56=38HTMOD=0000