第7章80C51单片机常用接口电路设计

第7章80C51单片机常用接口电路设计显示器接口原理及应用7.1键盘接口原理及应用7.280C51单片机的模拟量接口7.32023/2/61

在单片机应用系统中，显示器是最常用的输出设备。常用的显示器有：

发光二极管（LED）

液晶显示器(LCD)。

发光二极管（LED）又分为七段LED显示器（数码管）和LED点阵显示屏。液晶显示器(LCD)又分为字符液晶与图形液晶。7.1 显示器接口原理及应用2023/2/627.1.1七段LED显示器（数码管）

LED的工作原理多位LED显示问题的解决

2023/2/63LED的工作原理

七段式LED显示部件(a)典型的七段式LED器件(b)共阳极LED(c)共阴极LED2023/2/64

LED的主要部分是七段发光管，分别为a、b、c、d、e、f、g。有的产品还附带有小数点DP。通过发光段的不同组合，可以显示0～9和A～F共16个字母数字。LED可分为：（1）共阳级结构（2）共阴极结构

2023/2/65

共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此公共阴极接地。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。

共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。2023/2/66数字到段码的译码方法将一个4位二进制数据转换为LED的7位显示代码（段码）的方法有：

（1）专用芯片译码（2）软件译码2023/2/67用专用芯片完成段译码的示意(共阳极)2023/2/68软件译码法①将0～F（或0～9）对应的段码组成一个表，存在存储器中；②查表得段码2023/2/69多位LED显示问题的解决

（1）问题的提出实际使用时，往往用几个显示管实现多位显示，如果每一个LED占用一个独立的输出端口，则占用的输出端口就很多。一个端口一个端口一个端口一个端口一个端口2023/2/610(2)问题的解决方法硬件：采用公用的驱动电路软件：采用扫描方法

2023/2/6112023/2/612

一个数据通道作为位控制，该端口输出的选择信号使某一位为高电平（共阳极）时，该位对应的LED便显示数据。

另一个数据通道输出段码，尽管所有的LED均收到了段码，但只有被位选择信号选中的那个LED才显示数据，其他并不发光。

2023/2/613

在程序中，软件按一定频率循环输出位选择信号和对应的显示数据，利用眼睛的视觉惯性，从LED显示器上便可见到相当稳定的数字显示。2023/2/614七段LED数码管实验硬件连接情况

在实验学习板中，有8个共阴极的LED，位选信号通过P0口，再通过74HC573驱动LED。段码通过74HC595（串行输入，并行输出，节约并口）输出至LED.

实际上为了节约并口资源，P0口连接两个74HC573，另一片驱动点阵及交通灯电路。两个驱动芯片的转换通过一个波段开关控制。当开关拨到上边时，点阵驱动电路起作用，相反当拨到下边时，数码管驱动电路起作用。2023/2/615实验1在左边第一个LED上显示数字5步骤：（1）通过74HC595送5的段码（2）通过P0口送位选信号2023/2/616include<reg51.h>#defineucharunsignedcharsbitclk=P2^7; //595时钟信号输入管脚sbitst=P2^6; //595锁存信号输入管脚sbitio=P2^5; //595数据信号输入管脚2023/2/617voidwr595(ucharucdat){ uchari; clk=1; st=1; for(i=8;i>0;i--) //循环八次，写一个字节

{ io=ucdat&0x01; //发送BIT0位

clk=0; clk=1; //时钟上升沿

ucdat=ucdat>>1; //要发送的数据右移，准备发送下一位

} st=0; st=1; //锁存数据}//名称：wr595()向595发送一个字节的数据//功能：向595发送一个字节的数据（先发低位）2023/2/618Voidmain(){ while(1) { uchark=0xb6;//5的段码wr595(k);P0=0XFEH; }}2023/2/619实验2让8位数码管显示1、2、3、4、5、6、7、82023/2/620#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineSLED_BITP0//LED位选信号输入管脚

sbitclk=P2^7; //595时钟信号输入管脚

sbitst=P2^6; //595锁存信号输入管脚

sbitio=P2^5; //595数据信号输入管脚ucharcodeuc7leds[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2, 0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe};

//定义0-8段码uchardisplay_7leds[8]={1,2,3,4,5,6,7,8};2023/2/621//功能：向595发送一个字节的数据（先发低位）voidwr595(ucharucdat){ uchari; clk=1; st=1; for(i=8;i>0;i--) //循环八次，写一个字节

{ io=ucdat&0x01; //发送BIT0位

clk=0; clk=1; //时钟上升沿

ucdat=ucdat>>1;/ /要发送的数据右移，准备发送下一位

} st=0; st=1; //锁存数据}2023/2/622延迟程序delay(uintdat){ while(dat--) {; }}2023/2/623//显示display_7leds[]中的数据voidwr7leds(void){ uchari,ch; ch=0x01; //位选信号初始化

for(i=0;i<8;i++) //循环8次写8个数据

{ wr595(uc7leds[display_7leds[i]]);//显示数据

SLED_BIT=~ch; //送位选信号

ch<<=1;//位选信号右移，准备在下一个数码管显示下一个数字 delay(300); //延时

}}2023/2/624Voidmain(){ while(1) { wr7leds(); }}2023/2/625实验3

利用实验系统相关资源，在LED上（左边第1、2两个）显示秒信息（60秒计时），要求左边第一个LED显示秒的高位值、第2个显示秒的低位值。初始值为00。2023/2/626①总体设计思路设置二个变量存储秒值，初值皆为0，设置一计数变量进行中断次数计数，初值为0。使用定时器/计数器（工作在方式1）每0.025秒(25ms)产生一次中断，每次中断时，先中断次数加1，并判断是否已达40次，若没有达40次，直接显示原秒值，若达40次，即，时间已过1秒，改变秒值，然后显示。2023/2/627#include<reg52.h> //包含头文件#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharnum=0,shijian=0,miao1=0,miao2=0;//74HC595与单片机连接口sbitclk=P2^7; //595时钟信号输入管脚sbitst=P2^6; //595锁存信号输入管脚sbitio=P2^5; //595数据信号输入管脚//定义P0口sbitP00=P0^0;sbitP01=P0^1;2023/2/628ucharcodeuc7leds[16]={0xfc,0x60,0xda,0xf2 0x66,0xb6,0xbe,0xe0, 0xfe,0xe6,0xee,0x3e, 0x9c,0x7a,0x9e,0x8E};voidtime0_init();voidwr595(ucharucdat);voidwrleds(void);voiddelay(uintdat);

2023/2/629voidmain()//主函数{time0_init();//调用定时器0初始化子函数

while(1);//等待中断}2023/2/630voidtimer0()interrupt1//每中断一次num加1，若num到40，改变miao1,miao2{TH0=(65536-23040)/256; //定时器赋初值,每0.025秒中断一次

TL0=(65536-23040)%256; num++;if(num==40){num=0;shijian++;miao1=shijian/10;miao2=shijian%10;if(shijian==60)shijian=0;}wrleds();//显示miao1,miao2

}2023/2/631voidtime0_init(){TMOD=0X01; //定时器0方式1TH0=(65536-23040)/256;//定时器赋初值,每0.025秒中断一次

TL0=(65536-23040)%256; EA=1; //开总中断

ET0=1; //开定时器0中断

TR0=1; //启动定时器0}2023/2/632voidwr595(ucharucdat)//写595函数{ uchari; clk=1; st=1; for(i=8;i>0;i--) //循环八次，写一个字节

{ io=ucdat&0x01; //发送BIT0位

clk=0; clk=1; //时钟上升沿

ucdat=ucdat>>1; //要发送的数据右移，准备发送下一位

} st=0; st=1; //锁存数据}2023/2/633voidwrleds(void){ ucharch1,ch2; ch1=0xfe;ch2=0xfd;//位选信号初始化

wr595(uc7leds[miao1]);//传送显示数据

P0=ch1; //送位选信号

delay(500); //延时，（决定亮度，和闪烁）

wr595(uc7leds[miao2]);//传送显示数据

P0=ch2; //送位选信号

delay(500); //延时，（决定亮度，和闪烁）}

voiddelay(uintdat){ while(dat--);}

2023/2/6347.1.2LED点阵显示屏

LED显示屏是一种由半导体发光二极管构成的显示点阵.通过控制每个LED的亮灭实现图形或字符的显示。由于LED显示屏亮度高、视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击、性能稳定,因而被广泛应用于机场、商场、医院、宾馆等公共场所。根据连接情况，可分为共阳极、共阴极。2023/2/6352023/2/636显示原理

如果采用动态扫描方式,扫描电路就可以实现多行发光二极管共用一套驱动器。动态扫描,简单说就是逐行轮流点亮。（类似于多位LED，可以把LED点阵显示屏看成是多位LED的特殊形式）。具体以8×8点阵模块为例显示字符“B”的过程2023/2/637即先送出对应于第一行发光二极管亮灭的列数据0FFH并锁存,然后选通第一行,即送行数据80H,延时一段时间后,送行数据00H,第一帧显示结束;再送第二行的列数据87H并锁存,然后选通第二行,即送行数据40H,点亮相同时间后,送行数据00H,相应二极管熄灭,第二帧显示结束;以此类推,第8行显示之后,又重新点亮第一行,周而复始。当这样轮回的速度足够快(每秒24次以上)时,就能看到显示屏上稳定的字符B了。2023/2/6382023/2/639实验1在LED点阵上显示52023/2/640#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineSLED_BITP0//LED位选信号输入管脚

sbitclk=P2^7; //595时钟信号输入管脚

sbitst=P2^6; //595锁存信号输入管脚

sbitio=P2^5; //595数据信号输入管脚ucharcodeuc7leds[]={0x00,0x00,0x72,0x51,0x51,0x51,0x4E,0x00};//5的字模码（共阴极）2023/2/641//功能：向595发送一个字节的数据（先发低位）voidwr595(ucharucdat){ uchari; clk=1; st=1; for(i=8;i>0;i--) //循环八次，写一个字节

{ io=ucdat&0x01; //发送BIT0位

clk=0; clk=1; //时钟上升沿

ucdat=ucdat>>1;/ /要发送的数据右移，准备发送下一位

} st=0; st=1; //锁存数据}2023/2/642延迟程序delay(uintdat){ while(dat--) {; }}2023/2/643//显示display_7leds[]中的数据voidwr7leds(void){ uchari,ch; ch=0x01; //位选信号初始化

for(i=0;i<8;i++) //循环8次写8个数据

{ wr595(uc7leds[i]);//显示数据

SLED_BIT=~ch; //送位选信号

ch<<=1;//位选信号右移，准备在下一个数码管显示下一个数字 delay(300); //延时

}}2023/2/644Voidmain(){ while(1) { wr7leds(); }}2023/2/645voidwr595(ucharucdat){ uchari; clk=1; st=1; for(i=8;i>0;i--) //循环八次，写一个字节

{ io=ucdat&0x01; //发送BIT0位

clk=0; clk=1; //时钟上升沿

ucdat=ucdat>>1; //要发送的数据右移，准备发送下一位

} st=0; st=1; //锁存数据}2023/2/646实验2以1s间隔循环显示0-9#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar//#############管脚定义#######################sbitclk=P2^7; //595时钟信号输入管脚sbitst=P2^6; //595锁存信号输入管脚sbitio=P2^5; //595数据信号输入管脚2023/2/647

//要显示的数据代码

ucharcodeled_88seg[80]={0x00,0x00,0x3E,0x41,0x41,0x41,0x3E,0x00,//0 0x00,0x00,0x01,0x21,0x7F,0x01,0x01,0x00,//10x00,0x00,0x27,0x45,0x45,0x45,0x39,0x00,//20x00,0x00,0x22,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00,//30x00,0x00,0x0C,0x14,0x24,0x7F,0x04,0x00,//40x00,0x00,0x72,0x51,0x51,0x51,0x4E,0x00,//50x00,0x00,0x3E,0x49,0x49,0x49,0x26,0x00,//60x00,0x00,0x40,0x40,0x40,0x4F,0x70,0x00,//70x00,0x00,0x36,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00,//80x00,0x00,0x32,0x49,0x49,0x49,0x3E,0x00};//92023/2/648uchari=0; uchart=0; //点阵显示函数时间//延时函数voiddelay(uchari){ucharj;for(;i>0;i--)for(j=0;j<125;j++){;}}2023/2/649//名称：wr595()向595发送一个字节的数据voidwr595(ucharucdat){ uchari; clk=1; st=1; for(i=8;i>0;i--) //循环八次，写一个字节

{ io=ucdat&0x01; //发送BIT0位

clk=0; clk=1; //时钟上升沿

ucdat=ucdat>>1; //要发送的数据右移，准备发送下一位

} st=0; st=1; //锁存数据}2023/2/650voidtime0_init()//T0初始化函数{TMOD=0X01; //定时器0方式1TH0=(65536-23040)/256; //定时器赋初值,每0.025秒中断一次

TL0=(65536-23040)%256; EA=1; //开总中断

ET0=1; //开定时器0中断

TR0=1; //启动定时器0}2023/2/651voidmain(void){ucharj;ucharwx; //位选信号控制

time0_init();while(1){wx=0x01;for(j=i;j<i+8;j++){wr595(led_88seg[j]);P0=~wx;delay(2);wx<<=1;}}2023/2/652//定时器中断0服务子函数

voidtimer0()interrupt1{TH0=(65536-23040)/256;TL0=(65536-23040)%256; //定时器赋初值,每0.025秒中断一次

t++;if(t==40){t=0;i+=8; //显示下一列的段码值

if(i==80)i=0;}}2023/2/653汉字字模的生成

由于要显示内容的不确定性,汉字字模的生成仅靠用户自己构建是不可能的。如果依靠单片机完成字模的创建和显示控制,则由于单片机运算能力有限,是无法实现汉字的选定和实时显示。为此利用PC机和相关软件,预先生成所要显示汉字的字模。通常可以利用UCDOS的汉字库构造需要显示的字模。2023/2/654

在UCDOS汉字库中汉字均以行字模的形式存储,只要确定了汉字在字库中的位置和字模的长度,就可以将需要汉字的行字模读出。汉字在字库中的位置可以通过汉字的机内码根据如下公式加以确定:Offset=(94×m_H+m_L)×32式中:m_H代表以16进制表示的汉字机内码的高8位,m_L代表机内码的低8位。字模的长度则是由显示所用的点阵决定的,以常用的16×16点阵字模为例一个汉字字模需要16×16÷8=32B。因此从字模的开始依次读取32个。2023/2/655采用PCtoLCD2002字模软件,可以方便地生成字模数据,如图3所示。将生成的字模数据复制到系统源.2023/2/6562023/2/657液晶显示器是单片机应用系统中一种常用的人机接口形式。液晶显示器（LCD），的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。各种型号的液晶通常是按显示字符的行数或液晶点阵的行、列数来命名。如1602：每行16个字符，可以显示2行。类似的命名有0802、1601

7.1.3

LCD16022023/2/658如12232液晶属于图形液晶，该液晶由122X32个点来显示各种图形。可以通过程序控制每个点显示或不显示。类似的命名有：12864，根据客户需要，厂家可以设计出任意数组合的点阵显示。液晶显示器具有体积小、重量轻、功耗低、显示操作简单等特点。2023/2/659弱点：温度范围窄。通用型液晶正常工作温度为0℃～+55℃，存储温度范围：-20℃～+60℃宽温级液晶，正常工作温度为-20℃～+70℃，存储温度范围：-30℃～+80℃2023/2/660

液晶显示器可分为三类：字段式、字符点阵式和点阵图形式液晶显示器。

字符点阵式：LCD1602(单片机应用系统中广泛使用）2023/2/661LCD1602模块的外形与引脚

共16根引脚，引脚01：VSS，接地引脚引脚02：VDD，接+5V电源引脚03：VL，对比度调整端引脚04：RS,数据/命令寄存器选择端，1：数据；0：命令引脚05：RW，读/写选择端，1：读；0：写引脚06：E，使能端，高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令引脚07~14：D0～D7，8位双向数据总线引脚15：BLA，背光正极引脚16：BLK，背光负极2023/2/662结构框图LCD1602模块的组成

HD44780是典型的液晶显示控制器，集控制与驱动于一体，本身可以驱动单行16字符或2行8字符，对于2行16字符的显示要增加HD44100驱动器2023/2/663HD44780

由字符发生器CGROM、自定义字符发生器CGRAM和显示缓冲区DDRAM组成。CGROM存储了不同的点阵字符图形（包括数字，英文字母的大小写，常用的符号等），每一个字符都有一个固定的代码（数字，英文字母的大小写为其ASCII码）。2023/2/664DDRAM有80个单元，但第1行仅用00H~0FH单元，第2行仅用40H~4FH单元。DDRAM单元存放的是要显示字符的编码（ASCII码），控制器HD44780以该编码为索引，到CGROM（或CGRAM)中取点阵字形送液晶板显示。2023/2/665LCD1602模块的命令

序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清屏00000000012光标归位000000001*3输入模式设置00000001I/DS4显示与不显示设置0000001DCB5光标或屏幕内容移位选择000001S/CR/L**6功能设置00001DLNF**7CGRAM地址设置0001CGRAM地址8DDRAM地址设置001DDRAM地址9读忙标志和计数器地址设置01BF计数器地址10写DDRAM或CGROM10要写的数据11读DDRAM或CGROM11读出的数据2023/2/666命令说明命令1：清屏（DDRAM全写空格）。光标回到屏幕左上角，地址计数器设置为0命令2：光标回到屏幕左上角.命令3：输入模式设置，设置每写入一个数据字节后，光标的移动方向及字符是否移动。I/D=1,S=0,光标右移一格且计数器加1（常用）2023/2/667命令4：显示与不显示设置。D=1,开显示；D=0,关显示。C=1,有光标；C=0，无光标。B=1,光标闪烁，B=0光标不闪烁。命令5：光标或屏幕内容移位选择。S/C=1，移动屏幕内容，S/C=0，移动光标。R/L=1,右移，R/L=0,左移。命令6：功能设置。DL=0:4位数据接口，DL=1：8位数据接口。N=0,单行显示，N=1，双行显示。F=0:5x7点阵，F=1:5X10点阵2023/2/668命令7:CGRAM地址设置命令8：DDRAM地址设置命令9：读忙标志和计数器地址,BF=1,忙，此时模块不能接收命令或数据。BF=0,不忙（理论上，在向模块写命令或数据时，先要检测为不忙状态。实际中，可通过适当延迟，而不需检测）命令10：写DDRAM或CGROM.要配合地址设置命令。命令11：读DDRAM或CGROM.要配合地址设置命令。2023/2/669LCD1602的初始化LCD1602在使用前先进初始化：1、清屏2、功能设置3、显示与不显示设置4、输入模式设置2023/2/670接口电路LCD1602模块的接口示例

2023/2/671实验1LCD1602显示#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitrs=P2^7;sbitlcden=P2^5;sbitlcdrw=P2^6;uchartable1[]="Iamastudent";uchartable2[]="Ilikestudying";2023/2/672//延迟程序voiddelay(uintx){ uinta,b; for(a=x;a>0;a--) for(b=10;b>0;b--);}2023/2/673//写命令至LCD1602voidwrite_com(ucharcom){ P0=com; rs=0; lcden=0; delay(10); lcden=1; delay(10); lcden=0;2023/2/674//写数据至DDRAMvoidwrite_date(uchardate){ P0=date; rs=1; lcden=0; delay(10); lcden=1; delay(10); lcden=0;}2023/2/675//LCD1602初始化voidinit(){lcdrw=0; write_com(0x01);delay(20);write_com(0x38); delay(20); write_com(0x0e); delay(20); write_com(0x06); delay(20);}2023/2/676voidmain(){ uchara; init(); write_com(0x80); delay(20); for(a=0;a<14;a++) { write_date(table1[a]); delay(2000);//控制