学习单片机8

LED数码显示器的连接与编程

在单片机系统中，通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。

八段LED显示器

引入：还记得我们小时候玩的“火柴棒游戏”吗，几根火柴棒组合起来，可以拼成各种各样的图形，LED显示器实际上也是这么一个东西。八段LED显示器由8个发光二极管组成。基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。如下图所示。`共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8个笔划段hgfedcba对应于一个字节（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。例如，对于共阴LED显示器，当公共阴极接地（为零电平），而阳极hgfedcba各段为0111011时，显示器显示"P"字符，即对于共阴极LED显示器，“P”字符的字形码是73H。如果是共阳LED显示器，公共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为10001100（8CH）。这里必须注意的是：很多产品为方便接线，常不按规则的方法去对应字段与位的关系，这时字形码就必须根据接线来自行设计了，后面我们会给出一个例子。

1. 静态显示接口

在单片机应用系统中，显示器显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销小。可以提供单独锁存的I/O接口电路很多，这里以常用的串并转换电路74LS164为例，介绍一种常用静态显示电路，以使大家对静态显示有一定的了解。MCS-51单片机串行口方式押为移们寄存器方式，外接6片74LS164作为6位LED显示器的静态显示接口，把8031的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，公一个输入信号时可并接。T（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。每一个时钟信号的上升沿加到T端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。R（第9脚）为复位端，当R=0时，移位寄存器各位复0，只有当R=1时，时钟脉冲才起作用。Q1…Q8（第3-6和10-13引脚）并行输出端分别接LED显示器的hg---a各段对应的引脚上。关于74LS164还可以作如下的介绍：所谓时钟脉冲端，其实就是需要高、低、高、低的脉冲，不管这个脉冲是怎么来的，比如，我们用根电线，一端接T，一端用手拿着，分别接高电平、低电平，那也是给出时钟脉冲，在74LS164获得时钟脉冲的瞬间（再讲清楚点，是在脉冲的沿），如果数据输入端（第1，2引脚）是高电平，则就会有一个1进入到74LS164的内部，如果数据输入端是低电平，则就会有一个0进入其内部。在给出了8个脉冲后，最先进入74LS164的第一个数据到达了最高位，然后再来一个脉冲会有什么发生呢？再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出，就象车站排队买票，栏杆就那么长，要从后面进去一个人，前面必须要从前面走出去一个人才行。搞清了这一点，下面让我们来看电路，6片7LS164首尾相串，而时钟端则接在一起，这样，当输入8个脉冲时，从单片机RXD端输出的数据就进入到了第一片74LS164中了，而当第二个8个脉冲到来后，这个数据就进入了第二片74LS164，而新的数据则进入了第一片74LS164，这样，当第六个8个脉冲完成后，首次送出的数据被送到了最左面的164中，其他数据依次出现在第一、二、三、四、五片74LS164中。有个问题，在第一个脉冲到来时，除了第一片74LS164中接收数据外，其他各片在干吗呢？它们也在接收数据，因为它们的时钟端都是被接在一起的，可是数据还没有送到其他各片呢，它们在接收什么数据呢？。。。。。。其实所谓数据不过是一种说法而已，实际就是电平的高低，当第一个脉冲到来时，第一片164固然是从单片机接收数据了，而其它各片也接到前一片的Q8上，而Q8是一根电线，在数字电路中它只可能有两种状态：低电平或高电平，也就是“0”和“1”。所以它的下一片74LS164也相当于是在接收数据啊。只是接收的全部是0或1而已。这个问题放在这儿说明，可能有朋友不屑一顾，而有的朋友可能还是不清楚，这实际上涉及到数的本质的问题，如果不懂的，请仔细思考，并找一些数字电路的数，理解164的工作原理，再来看这个问题，或者去看看我的另一篇文章《初学单片机易掌握的概念》。务必搞懂，搞懂了这一点，你的级别就高过初学者了。入口：把要显示的数分别放在显示缓冲区60H-65H共6个单元中，并且分别对应各个数码管LED0-LED5。出口：将预置在显示缓冲区中的6个数成相应的显示字形码，然后输出到显示器中显示。显示程序如下：DISP: MOV SCON,#00H ;初始化串行口方式0 MOV R1,#06H ;显示6位数 MOV R0,#65H ;60H-65H为显示缓冲区 MOV DPTR,#SEGTAB ;字形表的入口地址LOOP: MOV A,@R0 ;取最高位的待显示数据 MOVC A,@A+DPTR ;查表获取字形码 MOV SBUF,A ;送串口显示DELAY: JNB TI,DELAY ;等待发送完毕 CLR TI ;清发送标志 DEC R0 ;指针下移一位，准备取下一个待显示数 DJNZ R1,LOOP ;直到6个数据全显示完。 RET SETTAB: ;字形表，前面有介绍，以后我们再介绍字形表的制作。 DB 03H 9FH 27H 0DH 99H 49H 41H 1FH 01H 09H 0FFH ; 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 消隐码测试用主程序 ORG 0000H AJMP START ORG 30HSTART: MOV SP,#6FH MOV 65H,#0 MOV 64H,#1 MOV 63H,#2 MOV 62H,#3 MOV 61H,#4 MOV 60H,#5 LCALL DISP SJMP $如果按图示数码管排列，则以上主程序将显示的是543210，想想看，如果要显示012345该怎样送数？下面我们来分析一下字形表的制作问题。先就上述“标准”的图形来看吧。写出数据位和字形的对应关系并列一个表如下（设为共阳型，也就是相应的输出位为0时笔段亮）

如何，字形表会做了吧，就是这样列个表格，根据要求（0亮或1亮）写出相应位的0和1，就成了。做个练习，写出A-F的字形码吧。如果为了接线方便而打乱了接线的顺序，那么字形表又该如何接呢？也很简单，一样地列表啊。以新实验板为例，共阳型。接线如下：P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0C E H D G F A B则字形码如下所示：;0 00101000 28H;1 01111110 7EH;2 10100100 0A4H;3 01100100 64H ;4 01110010 72H;5 01100001 61H ;6 00100001 21H;7 01111100 7CH;8 00100000 20H;9 01100000 60H作为练习，大家写出A-F的字形代码。本来这里是讲解显示器的静态接口的，到此应当可算结束了，但是我还想接着上面讲到的数的本质的问题再谈一点。单片机中有一些术语、名词本来是帮助我们理解事物的，但有时我们会被这些术语的相关语义所迷惑，以致不能进一步认清他们的本质，由此往往陷入困惑的境界。只有深入地了解了74LS164的工作特性，才能真正理解何谓串行的数据。有兴趣的朋友还可以再看看我网站上“其他资料”中的“银行利率屏的设计”一文。

动态扫描显示接口

动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。

在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。

下图所示就是我们的实验板上的动态扫描接口。由89C51的P0口能灌入较大的电流，所以我们采用共阳的数码管，并且不用限流电阻，而只是用两只1N4004进行降压后给数码管供电，这里仅用了两只，实际上还可以扩充。它们的公共端则由PNP型三极管8550控制，显然，如果8550导通，则相应的数码管就可以亮，而如果8550截止，则对应的数码管就不可能亮，8550是由P2.7，P2.6控制的。这样我们就可以通过控制P27、P26达到控制某个数码管亮或灭的目的。

下面的这个程序，就是用实验板上的数码管显示0和1。

FIRST EQU P2.7 ;第一位数码管的位控制

SECOND EQU P2.6 ;第二位数码管的位控制

DISPBUFF EQU 5AH ;显示缓冲区为5AH和5BH

ORG 0000H

AJMP START

ORG 30H

START:

MOV SP,#5FH ;设置堆栈

MOV P1,#0FFH

MOV P0,#0FFH

MOV P2,#0FFH ;初始化，所显示器，LED灭

MOV DISPBUFF,#0 ;第一位显示0

MOV DISPBUFF+1,#1 ;第二握显示1

LOOP:

LCALL DISP ;调用显示程序

AJMP LOOP

;主程序到此结束

DISP:

PUSH ACC ;ACC入栈

PUSH PSW ;PSW入栈

MOV A,DISPBUFF ;取第一个待显示数

MOV DPTR,#DISPTAB ;字形表首地址

MOVC A,@A+DPTR ;取字形码

MOV P0,A ;将字形码送P0位（段口）

CLR FIRST ;开第一位显示器位口

LCALL DELAY ;延时1毫秒

SETB FIRST ;关闭第一位显示器（开始准备第二位的数据）

MOV A,DISPBUFF+1 ;取显示缓冲区的第二位

MOV DPTR,#DISPTAB

MOVC A,@A+DPTR

MOV P0,A ;将第二个字形码送P0口

CLR SECOND ;开第二位显示器

LCALL DELAY ;延时

SETB SECOND ;关第二位显示

POP PSW

POP ACC

RET

DELAY: ;延时1毫秒

PUSH PSW

SETB RS0

MOV R7,#50

D1: MOV R6,#10

D2: DJNZ R6,$

DJNZ R7,D1

POP PSW

RET

DISPTAB:DB 28H,7EH,0a4H,64H,72H,61H,21H,7CH,20H,60H

END

从上面的例子中可以看出，动态扫描显示必须由CPU不断地调用显示程序，才能保证持续不断的显示。

上面的这个程序可以实现数字的显示，但不太实用，为什么呢？这里仅是显示两个数字，并没有做其他的工作，因此，两个数码管轮流显示1毫秒，没有问题，实际的工作中，当然不可能只显示两个数字，还是要做其他的事情的，这样在二次调用显示程序之间的时间间隔就不一不定了，如果时间间隔比较长，就会使显示不连续。而实际工作中是很难保证所有工作都能在很短时间内完成的。况且这个显示程序也有点“浪费”，每个数码管显示都要占用1个毫秒的时间，这在很多合是不允许的，怎么办呢？我们可以借助于定时器，定时时间一到，产生中断，点亮一个数码管，然后马上返回，这个数码管就会一直亮到下一次定时时间到，而不用调用延时程序了，这段时间可以留给主程序干其他的事。到下一次定时时间到则显示下一个数码管，这样就很少浪费了。[page]

Counter EQU 59H ;计数器，显示程序通过它得知现正显示哪个数码管

FIRST EQU P2.7 ;第一位数码管的位控制

SECOND EQU P2.6 ;第二位数码管的位控制

DISPBUFF EQU 5AH ;显示缓冲区为5AH和5BH

ORG 0000H

AJMP START

ORG 000BH ;定时器T0的入口

AJMP DISP ;显示程序

ORG 30H

START:

MOV SP,#5FH ;设置堆栈

MOV P1,#0FFH

MOV P0,#0FFH

MOV P2,#0FFH ;初始化，所显示器，LED灭

MOV TMOD,#00000001B ;定时器T0工作于模式1（16位定时/计数模式）

MOV TH0,#HIGH(65536-2000)

MOV TL0,#LOW(65536-2000)

SETB TR0

SETB EA

SETB ET0

MOV Counter,#0 ;计数器初始化

MOV DISPBUFF,#0 ;第一位始终显示0

MOV A,#0

LOOP:

MOV DISPBUFF+1,A ;第二位轮流显示0-9

INC A

LCALL DELAY

CJNE A,#10,LOOP

MOV A,#0

AJMP LOOP ;在此中间可以按排任意程序，这里仅作示范。

;主程序到此结束

DISP: ;定时器T0的中断响应程序

PUSH ACC ;ACC入栈

PUSH PSW ;PSW入栈

MOV TH0,#HIGH(65536-2000) ;定时时间为2000个周期，约2170微秒（11.0592M）

MOV TL0,#LOW(65536-2000)

SETB FIRST

SETB SECOND ;关显示

MOV A,#DISPBUFF ;显示缓冲区首地址

ADD A,Counter

MOV R0,A

MOV A,@R0 ;根据计数器的值取相应的显示缓冲区的值

MOV DPTR,#DISPTAB ;字形表首地址

MOVC A,@A+DPTR ;取字形码

MOV P0,A ;将字形码送P0位（段口）

MOV A,Counter ;取计数器的值

JZ DISPFIRST ;如果是0则显示第一位

CLR SECOND ;否则显示第二位

AJMP DISPNEXT

DISPFIRST:

CLR FIRST ;显示第一位

DISPNEXT:

INC Counter ;计数器加1

MOV A,Counter

DEC A ;如果计数器计到2，则让它回0

DEC A

JZ RSTCOUNT

AJMP DISPEXIT

RSTCOUNT:

MOV Counter,#0 ;计数器的值只能是0或1

DISPEXIT:

POP PSW

POP ACC

RETI

DELAY: ;延时130毫秒

PUSH PSW

SETB RS0

MOV R7,#255

D1: MOV R6,#255

D2: NOP

NOP

NOP

NOP

DJNZ R6,D2

DJNZ R7,D1

POP PSW

RET

DISPTAB:DB 28H,7EH,0a4H,64H,72H,61H,21H,7CH,20H,60H

END

从上面的程序可以看出，和静态显示相比，动态扫描的程序稍有点复杂，不过，这是值得的。这个程序有一定的通用性，只要改变端口的值及计数器的值就可以显示更多位数了。