单片机原理与接口技术第11章.ppt

单片机原理与接口技术 第11章 LED显示器与接口技术 11 1LED显示器 LED俗称数码管 具有很友好的人机界面 设计简单 价格便宜 通过程序控制还可以拥有静态显示和动态显示两种功能一般常用的有两类 数码管和点阵 数码管只能显示数字信息 而点阵可以显示更为复杂的文字和图像信息 第11章 LED显示器与接口技术 11 1 1数码管结构 数码管由8个发光二极管构成 控制相应的二极管导通 就能显示出各种字符 通过不同的组合可用来显示数字0 9 字符A F H L P R U Y等符号及小数点 第11章 LED显示器与接口技术 11 1 1数码管结构 数码管的结构如图11 1所示 数码管又分为共阴极和共阳极两种类型 其结构分别如图11 1 a 和图11 1 b 所示 第11章 LED显示器与接口技术 图11 1共阴极和共阳极两种类型的结构 第11章 LED显示器与接口技术 11 1 2数码管工作原理 数码管一般由8个发光二极管组成 包括了7个细长型的发光二极管和一个点状的发光二极管 分为a b c d e f g h八段 其中h是小数点其他七个组成了一个 8 字通过控制具体的LED发光用来显示0到F十六个数字 数码管的内部LED分布和引脚如图11 1 c 所示 第11章 LED显示器与接口技术 11 1 2数码管工作原理 如图11 1所示 数码管一般有十个引脚 每一段LED对应一个引脚 另外一个引脚是连到一起的 八根之间互相连通属同一个引脚 数码管有共阳极和共阴极两种结构形式 如图11 1 a 11 1 b 所示 第11章 LED显示器与接口技术 11 1 2数码管工作原理 共阴极数码管中8个发光二极管的阴极 二极管负端 连接在一起 通常 共阴极接低电平 一般接地 其它管脚接段驱动电路输出端 当某段驱动电路的输出端为高电平时 该端所连接的字符导通并点亮 根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符 第11章 LED显示器与接口技术 11 1 2数码管工作原理 设共阴极电平为Uk 每个字段上所加的电平分别为Ua Ub Uc Ud Ue Uf Ug Uh 设某字段的电平为Ui 当Uk为高电平时 整个数码管都不发光 当Uk为低电平时 若Ui为高电平 i a b c 则该段发光 当Uk为低电平时 若Ui为低电平 则该段不发光 第11章 LED显示器与接口技术 11 1 2数码管工作原理 Uk可以实现对整个数码管是否发光的控制 称导通控制Ui可以实现对数码管中某一字段的发光控制 称笔划信息电平 第11章 LED显示器与接口技术 11 1 2数码管工作原理 数码管可以显示包括小数点的0到9十个数字和部分英文字母 为了获得不同的字符 数码管各段所加的电平是不同的 编码也不一样 字符 笔划信息电平和编码关系如表11 1所示 第11章 LED显示器与接口技术 11 1 2数码管工作原理 表11 1共阴极数码管字符 笔划信息电平和编码关系 第11章 LED显示器与接口技术 表11 1a 第11章 LED显示器与接口技术 表11 1b 第11章 LED显示器与接口技术 11 2LED显示器和接口 单片机驱动LED数码管的方法有很多 按显示方法可分为静态显示和动态显示 下面将分别加以介绍 第11章 LED显示器与接口技术 11 2 1静态显示器 静态显示是指数码管显示某一字符时 相应的发光二极管恒定导通或恒定截止 这种显示方式的各位数码管相互独立 公共端固定接地 共阴极 或接正电源 共阳极 每个数码管的8个字段分别与8位I O口输出的一位相连 I O口只要有段码输出 相应字符就显示出来 并保持不变 直到I O口输出新的段码 第11章 LED显示器与接口技术 11 2 1静态显示器 静态显示器的优点 显示稳定显示器亮度高占用CPU的时间少 第11章 LED显示器与接口技术 11 2 1静态显示器 静态显示器的缺点 需要I O口较多只适合位数少的场合 第11章 LED显示器与接口技术 11 2 2动态显示器 所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器 扫描 对于显示器的每一位而言 每隔一段时间点亮一次 虽然在同一时刻只有一位显示器在工作 点亮 但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应 看到的却是多个字符 同时 显示 第11章 LED显示器与接口技术 11 2 2动态显示器 动态扫描显示就是用接口电路把所有数码管的笔画字段引脚 a g和h 并联起来 且要做到相同的引脚连到一起 而每个数码管的公共极则受各自的I 0口控制 第11章 LED显示器与接口技术 控制数码管 单片机向数码管输出数据的时候 所有的数码管都接收到相同的数据 而由公共极的电平高低来控制到底那个数码管显示输出的数据 单片机据此可控制任意数码管在任意时间显示任意数据 第11章 LED显示器与接口技术 11 2 2动态显示器 动态显示器的优点 节省硬件资源成本较低 第11章 LED显示器与接口技术 11 2 2动态显示器 显示器的缺点 占用CPU大量时间显示亮度较静态显示器低 第11章 LED显示器与接口技术 11 2 2动态显示器 静态显示和动态显示各有自己的优缺点 在一般的小型系统中 为了减低成本比较多采用动态显示的方法 第11章 LED显示器与接口技术 11 3数码管动态显示的硬件电路设计 在单片机系统中 可分为硬件部分和软件部分 其中硬件部分是整个系统的实体构成 是软件系统的平台和基础 没有硬件做支撑设计出的软件就无法调试也不能得到验证 下面就是动态显示硬件设计例子 我们给出了完整的电路图 第11章 LED显示器与接口技术 11 3 1电路原理图 图11 5单片机驱动7段数码管动态显示电路的原理 第11章 LED显示器与接口技术 11 3 1电路原理图 本电路的P0做为数据输出口用来输出数码管的显示数据 由于P0口的特殊结构故给电路加上了上拉电阻 并使用74LS244来驱动数码管显示器 P2口中的P2 4 P2 5 P2 6 P2 7脚做为选通脚用来选通不同的数码管使其轮流点亮 第11章 LED显示器与接口技术 11 3 2软件设计 本程序的程序流程图如下所示 第11章 LED显示器与接口技术 第11章 LED显示器与接口技术 11 4LED静态显示及实验 1 题目 共阴极数码管作为显示器件 P2口输出 数码管显示数字0 间隔一秒钟输出数字1 间隔一秒钟输出数字2 依次增1 显示完数字9后 再显示数字0 周而复始 第11章 LED显示器与接口技术 11 4LED静态显示及实验 2 分析 为了让共阴极LED数码管显示数字0 9 首先我们要知道段码 数字0 9对应的段码为 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 要达到一秒钟显示一个数字 我们可以利用定时器0来完成一秒钟的延时 一秒钟时间一到 P2口送出相应的段码 第11章 LED显示器与接口技术 11 4LED静态显示及实验 3 原理图 第11章 LED显示器与接口技术 11 4LED静态显示及实验 4 C51源程序 includeunsignedcharcodenum 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f unsignedcharcount 20 index 0 第11章 LED显示器与接口技术 voidtimer0 void interrupt1 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 count 第11章 LED显示器与接口技术 if count 0 count 20 P2 num index index if index 9 index 0 第11章 LED显示器与接口技术 voidmain TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 TMOD 0 x01 EA 1 ET0 1 TR0 1 P2 0 while 1 第11章 LED显示器与接口技术 11 574LS164静态显示电路 1 题目 利用89C51串行口 和并行输出串行移位寄存器74LS164 扩展一位数码管 在数码显示器上循环显示0 9这10个数字 第11章 LED显示器与接口技术 11 574LS164静态显示电路 2 分析 74LS164是8位串入并出移位寄存器 它的引脚如图所示 第11章 LED显示器与接口技术 74LS164的引脚图 第11章 LED显示器与接口技术 11 574LS164静态显示电路 使用74LS164做静态显示 可以使用串口方式0来传递数据 即RXD接74LS164的A和B TXD接74LS164的CP 接VCC 74LS164的输出端接共阴的数码管 第11章 LED显示器与接口技术 11 574LS164静态显示电路 串行口工作在方式0时 可通过外接移位寄存器实现串并行转换 在这种方式下 数据为8位 只能从RXD端输入输出 TXD端总是输出移位同步时钟信号 其波特率固定为晶振频率1 12 在CPU将数据写入SBUF寄存器后 立即启动发送 为了在数码显示器上循环显示0 9这10个数字 我们只要循环向SBUF寄存器中写入0 9这10个数字相应的段码即可 第11章 LED显示器与接口技术 11 574LS164静态显示电路 第11章 LED显示器与接口技术 11 574LS164静态显示电路源程序 includeunsignedcharcodenum 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f unsignedcharcount 20 index 0 第11章 LED显示器与接口技术 voidtime0 void interrupt1 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 count 第11章 LED显示器与接口技术 if count 0 count 20 SBUF num index while TI TI 0 index if index 9 index 0 第11章 LED显示器与接口技术 voidmain TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 TMOD 0 x01 SCON 0 x00 PCON 0 EA 1 ET0 1 TR0 1 P1 0 while 1 第11章 LED显示器与接口技术 11 6LED显示驱动器MAX7221 MAX7221是美国MAXIM公司研制的紧凑型 串行输入 串行输出 共阴极新型LED显示驱动器 它一片芯片可以驱动多达8位7段LED显示器 条型图形 或64个单个LED 其片内有BCD译码器 多路复用扫描电路 段和数字驱动器 以及存贮每个数字的8 8静态RAM 所有LED的段电流设定只需一个外部电阻 第11章 LED显示器与接口技术 MAX7221的引脚排列如图 第11章 LED显示器与接口技术 MAX7221的特点 接口简单 占用CPU的I O口线少 对外接口只有3根I O口线 各个寄存器可单独被寻址和更新 不需要全部更新 允许用户对每个显示位是选择BCD译码方式还是无译码方式进行定义 具有150 A的低功耗停机方式 可以模拟和数据控制显示的亮度 可以进行级连 最多可以级连8片MAX7221 驱动64个数码管 第11章 LED显示器与接口技术 MAX7221的引脚功能表 第11章 LED显示器与接口技术 11 7LED动态显示及实验 1 题目 利用MAX7221 扩展8位数码管 动态显示0 7这8个数字 第11章 LED显示器与接口技术 11 7LED动态显示及实验 2 分析 MAX7221在使用之前必须进行初始化 即设置MAX7221的显示模式 译码方式 亮度控制 扫描范围 扫描LED个数 当采用CodeB译码方式时 我们只要向数码管0 digit0 数码管7 digit7 送出0 x0 0 x7即可 第11章 LED显示器与接口技术 LED动态显示实验原理图 第11章 LED显示器与接口技术 11 7LED动态显示及实验 2 分析 MAX7221在使用之前必须进行初始化 即设置MAX7221的显示模式 译码方式 亮度控制 扫描范围 扫描LED个数 当采用CodeB译码方式时 我们只要向数码管0 digit0 数码管7 digit7 送出0 x0 0 x7即可 第11章 LED显示器与接口技术 11 8实时时钟程序的分析 1 硬件电路数码管的D1 D2分别显示时钟分种的十位和个位 D3 D4则分别显示时钟秒的十位和各位 第11章 LED显示器与接口技术 11 8实时时钟程序的分析电路图 第11章 LED显示器与接口技术 11 8实时时钟程序的分析 2 应用程序 include 引用标准库的头文件 defineucharunsignedchar defineuintunsignedintsfrP0 0 x80 P0的SFR定义sfrP2 0 xA0 P2的SFR定义sbitD1 P2 4 定义第一个选通端sbitD2 P2 5 定义第二个选通端sbitD3 P2 6 定义第三个选通端sbitD4 P2 7 定义第四个选通端 第11章 LED显示器与接口技术 11 8实时时钟程序的分析 unsignedchara b c d a b分别为分钟的十位和个位 c d分别为秒钟的十位和个位uchargetcode uchari 根据共阴极字型编码表获取字型代码函数voiddisplay void 显示函数 第11章 LED显示器与接口技术 voidmain P2 0 xff 关闭显示for a 0 a 5 a 设置分钟的十位数 for b 0 b 9 b 设置分钟的个位数 for c 0 c 5 c 设置秒钟的十位数 for d 0 d 9 d 设置秒钟的个位数 display while 1 重新开始循环 第11章 LED显示器与接口技术 11 8实时时钟程序的分析 根据共阴极字型编码表获取0 9 A B字型代码 uchargetcode uchari ucharp switch i case0 p 0 x3f break 0 case1 p 0 x06 break 1 case2 p 0 x5B break 2 case3 p 0 x4F break 3 第11章 LED显示器与接口技术 case4 p 0 x66 break 4 case5 p 0 x6D break 5 case6 p 0 x7D break 6 case7 p 0 x07 break 7 case8 p 0 x7F break 8 case9 p 0 x67 break 9 第11章 LED显示器与接口技术 case10 p 0 x77 break A case11 p 0 x7C break B case12 p 0 x39 break C case13 p 0 x5E break D case14 p 0 x79 break E case15 p 0 x71 break F default break return p 第11章 LED显示器与接口技术 11 8实时时钟程序的分析 显示函数 voiddisplay void P2 0 xff 关闭显示P0 getcode a 送字型码D1 0 选通dalay1 延时2msP0 getcodeb 送字型码D2 0 选通dalay1 延时2ms 第11章 LED显示器与接口技术 P0 getcode c 送字型码D3 0 选通dalay1 延时2msP0 getcode d 送字型码D4 0 选通dalay1 延时2msdalya 延时1s 第11章 LED显示器与接口技术 11 8实时时钟程序的分析 延时1S的程序 每执行一次while t 对于时钟为8MHz的8751 8051 需要2 s的时间 i的最大取值为492000是因为前面已经有8ms的延时 为提高精度故设置为此 voiddelay unsignedchart t 0 While i 492000 t 第11章 LED显示器与接口技术 延时2ms的程序 每执行一次while t 对于时钟为8MHz的8751 8051 需要2 s的时间 voiddelay unsignedchari i 0 While i 2000 t 第11章 LED显示器与接口技术 11 9LED点阵显示屏 LED点阵显示屏 LEDpanel LED就是lightemittingdiode 发光二极管的英文缩写 简称LED 它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式 用来显示文字 图形 图像 动画 行情 视频 录像信号等各种信息的显示屏幕 第11章 LED显示器与接口技术 11 9LED点阵显示屏 LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏 均由LED矩阵块组成 图文显示屏可与计算机同步显示汉字 英文文本和图形 视频显示屏采用微型计算机进行控制 图文 图像并茂 以实时 同步 清晰的信息传播方式播放各种信息 还可显示二维 三维动画 录像 电视节目以及现场实况 第11章 LED显示器与接口技术 11 9LED点阵显示屏 LED显示屏显示画面色彩鲜艳 立体感强 静如油画 动如电影 广泛应用于车站 码头 机场 商场 医院 宾馆 银行 证券市场 建筑市场 拍卖行 工业企业管理 高速公路和其它公共场所 第11章 LED显示器与接口技术 11 9L