单片机控制数码管显示的设计与实现.doc

江苏畜牧兽医职业技术学院毕业论文 设计 1 单片机控制数码管显示的设计与实现 作者 段丽丽 摘 要 随着计算机技术的发展 现代的计算机都是大规模集成电路计算机它 们具有功能强 结构紧凑 系统可靠等特点 其发展趋势是巨型化 微型化 网络 化及智能化 微型化是计算机发展的重要方向 也就是把计算机的运算器 控制器 存储器 I O 接口四个组成部分集成在一个硅片内 于是就出现了一个以大规模集 成电路为主要组成的微型计算机即单片机 Single Chip Microcomputer 正是由 于单片机技术的发展 才能使 LED 七段数码管能够在减少驱动器的情况下能够直接 被驱动 由于 LED 数码管显示技术的优势使得它被广泛应用在工业过程控制系统 智能仪表 智能产品等领域 本论文重点介绍了 LED light emission diode 数码 管显示技术 并且编写了这种显示技术在单片机中实现的关键编码以及提供了参考 原理简图 关键词 LED 技术 计算机硬件 单片机 数码管 SCM control of the digital display of the Design and Implementation Abstract With the development of computer technology modern computers are large scale integrated circuit computer functions they have strong compact and reliable system and other characteristics and its development trend is huge miniaturization networking and intelligent Micro computer development is an important direction that is the computer operator controller memory I O interface in the four components of the integrated within a silicon chip so there have been a large scale integrated circuits for The main components of the micro computer that is SCM Single Chip Microcomputer It is precisely because the development of SCM technology to make digital LED Qiduan the drive to reduce the case to be driven directly As LED digital display technology of the advantages of making it widely used in industrial process control systems smart instrumentation smart products and other fields This paper focuses on the LED light emission diode display of digital technology and the preparation of this display technology in SCM in achieving the key codes and to provide a reference principle sketch 单片机控制数码管显示的设计与实现 2 Key words LED technology Computer hardware scm Digital control 单片机控制数码管显示的应用面积很广泛 实用性极强 而其的设计是基于嵌入 式的控制器设计 嵌入式应用涉及面较广 想要进入嵌入式应用系统的开发 就必 须打好嵌入式应用设计与编程基础 本课题是设计单片机最底层设置 通过实现本 课题来培养自身嵌入式设计能力锻炼设计者设计一个完整项目的实际思路 本论文 共分四章即 基本概念 数码管显示原理 硬件及软件设计部分 总结 1 基本概念 1 1 单片机 微型计算机的出现是电子数字计算机广泛应用到人们日常工作 生活领域中去的 一个重大的转折点 它已经深入应用到非微型计算机所无法应用的领域 对社会产 生了极大的影响 单片机微型计算机是微型计算机发展中的一个重要的分支 它以 其独特的结构和性能 越来越普及地应用到国民经济的各个领域 随着大规模 超大规模集成电路技术的发展和计算机微型化的需要 将微型计算 机的基本功能部件 中央处理器 CPU 存储器 输入 输出接口 定时器 计数器 中断系统等多种资源集成在一个半导体芯片上 使得一块集成电路芯片就能构成一 个完整的微型计算机 这种集成电路芯片被称为单片微型计算机 由于它的结构及 功能均是按照工业控制要求设计的 所以其确切的名称应是单片微型控制器 在单片机的结构设计上 它的硬 软件系统及 I O 接口控制能力等方面都有独到 之处 具有较强而有效的功能 从其组成 逻辑功能上来看 单片机都具备了微型 系统的基本部件 但需要指出的是 单片机毕竟还只是一个芯片 只有在配置了应 用系统所需的接口芯片 输入 输出设备后 才能构成使用的单片机应用系统 1 2 数码管 在单片机应用系统中 显示器是一个不可缺少的人机交互设备之一 是单片机应 江苏畜牧兽医职业技术学院毕业论文 设计 3 用系统中最基本的输出装置 通常需要用显示器显示运行状态以及中间结果等信息 便于人们观察和监视单片机系统的运行状况 而单片机系统中最为常见的显示器是 发光二极管数码显示器 简称 LED 显示器 LED 显示器具有低成本 配置简单 安 装方便和寿命长等特点 但显示内容比较有限 一般不能用于显示图形 LED 显示器是由若干个发光二极管组成 数码管按段数分为七段数码管和八段数 码管 八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元 多一个小数点显示 当 发光二极管导通时 相应的一个点或一个笔画发亮 控制不同组合的二极管导通 就能显示出各种字符 2 数码管显示原理 2 1 显示原理 数码管显示器有共阳极和共阴极两种 共阴极 LED 显示器的发光二极管的阴极连 接在一起 通常是其公共阴极接地当某个发光二极管的阳极为高电平时 发光二极 管点亮 相应的段被显示 同样 共阳极 LED 显示器的发光二极管的阳极连接在一 起 通常是其公共阳极接正电压 当某个发光二极管的阴极接低电平时 发光二极 管被点亮 相应的段就被显示 在控制 LED 数码管过程中 将不同的 8 位二进制数 送到数码管中就可以使数码管显示不同的数字了 在单片机应用系统中 单片机与数码管的连接可以分为静态显示和动态显示 静 态显示时 较小的电流能得到较高的亮度且字符不闪烁 在单片机系统设计时 静 态显示通常利用单片机的串行口实现 当显示器位数较少时 采用静态显示的方法 比较适合 N 位静态显示器要求有 N 8 根 I O 口线 占用 I O 口线较多 所以在位 数较多时往往采用动态显示方式 所谓动态显示方式就是一位一位地轮流点亮各位数码管 这种逐位点亮显示器的 方法称为位扫描 通常 各位数码管的段选线相应并联在一起 由一个 8 位的 I O 口控制 各位的位选线 公共阴极或阳极 由另外的 I O 口线控制 动态方式显示 时 各数码管分时轮流选通 要使其稳定显示 必须采用扫描方式 即在某一时刻 单片机控制数码管显示的设计与实现 4 只选通一位数码管 并送出相应的段码 在另一时刻选通另一位数码管 并送出相 应的段码 依此规律循环 即可使各位数码管显示将要显示的字符 虽然这些字符 是在不同的时刻分别显示 但由于人眼存在视觉暂留效应 只要每位显示间隔足够 短就可以给人以同时显示的感觉 2 2 图解 以下为具体图解说扫描法 LED 的显示原理 江苏畜牧兽医职业技术学院毕业论文 设计 5 8 段数码管一般由 8 个发光二极管 L Llight e emitting d diode LED 组成 每一 单片机控制数码管显示的设计与实现 6 个位段就是一个发光二极管 一个 8 段数码管分别由 a b c d e f g 位段 江苏畜牧兽医职业技术学院毕业论文 设计 7 外加上一个小数点的位段 h 或记为 dp 组成 根据公共端所接电平的高低 可分 单片机控制数码管显示的设计与实现 8 为共阳极和共阴极两种 如图 2 1 所示 实物外型见图 2 2 有时数码管不需要小 江苏畜牧兽医职业技术学院毕业论文 设计 9 数点 只有 7 个位段 称 7 段数码管 共阴极 8 段数码管的信号端高电平有效 只 单片机控制数码管显示的设计与实现 10 要在各个位段上加上相应的信号即可使相应的位段发光 比如 要使 a 段发光 则 江苏畜牧兽医职业技术学院毕业论文 设计 11 在 a 段加上高电平即可 共阳极的 8 段数码管则相反 在相应的位段加上低电平即 可使该位段发光 因而 一个 8 段数码管就必须有 8 位 即 1 个字节 数据来控制 各个位段的亮灭 比如 对共阴极 8 段数码管 PTA0 7 分别接 a g dp 即 PTA 0b011111111 时 a 段亮 当 PTA 0b00000001 时 除 h 位段外 其他位段均亮 如此推算 有几个 8 段数码管 就必须有几个字节的数据来控制各个数码管的亮灭 这样控制虽然简单 却不切实际 MCU 也不可能提供这么多的端口用来控制数码管 为此 往往是将几个 8 段数码管合在一起使用 通过一个称为数据口的 8 位数据端 口来控制段位 而一个 8 段数码管的公共端 原来接到固定的电平 对共阴极是 GND 对共阳极是 Vcc 现在接 MCU 的一个输出引脚 由 MCU 来控制 通常叫 位 选信号 而把这些由 n 个数码管合在一起的数码管组称为 n 连排数码管 这样 图 2 3 4 连排共阴极 8 段数码管 CS3 abcdefg dp CS2 abcdefg dp CS1 abcdefg dp CS0 abcdefg dp 图 2 2 数码管外形 a g d f ec b h 图 2 1 数码管 abc def gdp a 共阴极 GND b 共阳极 Vcc abc def gdp 单片机控制数码管显示的设计与实现 12 MCU 的两个 8 位端口就可以控制一个 8 连排的数码管 若是要控制更多的数码管 则可以考虑外加一个译码芯片 例如 一个 4 连排的共阴极数码管 它们的位段信 号端 称为数据端 接在一起 可以由 MCU 的一个 8 位端口控制 同时还有 4 个位 选信号 称为控制端 用于分别选中要显示数据的数码管 可用 MCU 另一个端口 的 4 个引脚来控制 如图 2 3 所示 对于图 2 3 所示的 4 连排数码管 利用 CS3 CS2 CS1 CS0 控制各个数码管的 位选信号 每个时刻只能让一个数码管有效 即 CS3 CS2 CS1 CS0 只能有一个 为 0 例如令 CS3 0 CS2 CS1 CS0 111 则数据线上的数据体现在第一个数码管 上 其他则不受影响 要让各个数据管均显示需要的数字 则必须逐个使相应位选 信号为 0 其他位选信号为 1 并将要显示的一位数字送到数据线上 这种方法叫 位选线扫描法 虽然每个时刻只有一个数码管有效 但只要延时适当 由于人 眼的 视觉暂留效应 约 100ms 左右 看起来则是同时显示的 3 硬件及软件设计 3 1 硬件设计 硬件设计的任务是根据总体设计要求 在所选定的单片机类型的基础上 具体确 定系统中所用的元器件及系统构成方式 单片机应用系统中可用的各种元器件的种类繁多 功能各异 价格不等 这就为 用户在元器件功能 特性等方面的选择提供了较大的自由度 本次设计选用的主控 芯片是 Free scale 公司推出的 MC 68HC 980 GP32 芯片 图 3 1 给出了一个 4 连排共阴极 8 段 数码管的编程实例 在硬件连接上 利用 MCU 的 A 口控制 8 个位段 数 图 3 1 MCU 与 4 连排 8 段数码管的连接 a g d f ec b h a g d f ec b h a g d f ec b h a g d f ec b h abfCS0CS1 CS2 cdeghCS3 123456 7891011 12 PTB3PTB3 PTA6 PTA2 PTA7 PTA3 PTA4 1K 1K1K 1K PTA1 PTB2PTB2 PTB1PTB1 PTA5 PTA0 PTB0PTB0 江苏畜牧兽医职业技术学院毕业论文 设计 13 据 用 B 口的低四位控制数码管的位选信号 图中 PTA7 0 分别接 h a 位段 PTB3 0 分别过 1K 电阻与 CS3 0 位选端相接 这样 PTB3 就控制最左边一个数码管 的显示 PTB0 则控制最右边一个数码管的显示 接在位选线上的 1K 电阻是限流电 阻 避免电流过大烧坏数码管 3 2 软件设计 LED 编程汇编语言例 实例编号 A08 路径 ASM A08 数码管 LED LEDMain asm 文 件 名 LEDMain asm 硬件连接 PTA 7 0 分别接 LED 的数据线 h g f e d c b a PTB 3 0 分别接各 LED 的位选线 自左到右 程序描述 在 4 连排数码管上从左至右显示 3568 目的 实现数码管的显示 说明 SD HC08 实验仪器未提供 LED 的固定接线 也未提供 LED 可 自行购买 在 IC 扩展区接线 同时注意 LCD 及键盘的可能影响 嵌入式应用技术基础教程 教学实例 头文件 include GP32ASM H 包含 GP32 的头文件 两个起始地址名 RAMstartAddr equ 0040 RAM 的起始地址 FlashStartAddr equ 8000 程序开始地址 LED 相关信号口 LEDdata equ PTA LED 数据线接口 LEDdata D equ DDRA 数据线相应方向寄存器 LEDcs equ PTB 位选线接口 LEDcs D equ DDRB 位选线相应方向寄存器 内存变量 org RAMstartAddr RAM 的起始地址 CS rmb 1 位选信号 LEDbuf rmb 4 LED 显示缓冲区 I1 rmb 1 临时变量 I2 rmb 1 临时变量 主程序 org FlashStartAddr 程序起始地址 start 复位后程序从此开始执行 堆栈初始化 SEI LDHX 023F 江苏畜牧兽医职业技术学院毕业论文 设计 15 TXS JSR GP32Init 调系统初始化子程序 GP32Init LED 口初始化 LDA 11111111 STA LEDdata D 数据口为输出到 LED STA LEDcs D 位选口为输出到 LED MainLoop LEDbuf 0 3 中放入要显示的数字 MOV 3 LEDbuf MOV 5 LEDbuf 1 MOV 6 LEDbuf 2 MOV 8 LEDbuf 3 在 4 位共阴极 LED 上显示 LEDbuf 中的 4 个数据 只允许 0 9 MOV 11110111 I1 初始位选信号 共阴极情况 MOV 4 I2 显示个数 LDHX LEDBuf LEDShow PSHH 保护数据地址 PSHX LDX X 数据 LDA I1 位选信号 JSR LEDshow1 显示一个数据 LDA I1 变动位选信号 SEC RORA STA I1 延时 LDHX 10 JSR Delay ms PULX 恢复数据地址 PULH AIX 1 指向下一个数据 DBNZ I2 LEDShow JMP MainLoop LEDshow1 在 1 个 LED 上显示数字 功 能