单片基础及其应用 6

项目四数码管显示设计193194任务1

数码管静态显示设计

任务2

数码管动态显示设计数码管静态显示设计任务11951.了解数码管的结构。2.掌握数码管显示的工作原理。3.掌握数码管静态显示的相关知识。4.能设计数码管静态显示电路。5.能编写数码管静态显示程序。6.能与他人分析讨论，发现并解决程序编写和调试问题。196在物联网设备中常用数码管显示温度、时间等信息。本任务要求设计一个数码管显示器，实现间隔1s循环显示数字0～9的功能。本任务可在单片机P0口外接一个数码管实现数码管静态显示功能。为完成此任务，需学习数码管的结构和静态显示编程等知识。197198一、数码管的认识1. 数码管的结构数码管是一种发光的半导体元器件，其基本单元是LED。当对数码管相应的引脚输入合适的电流时，对应的LED会导通点亮，从而显示出字形。数码管具有显示清晰、亮度高、接口方便、价格便宜等优点。199数码管实物图如图所示。数码管实物图200数码管由8个LED组成，其显示的字形由7个条形LED（称为段）形成的“8”字形和小数点组成。数码管的段和小数点通常使用字母a、b、c、d、e、f、g、dp标识。通过控制不同段的导通组合，可以显示出不同的字形。数码管的结构如图所示。数码管的结构2. 数码管显示的工作原理按照LED连接方式的不同，数码管可分为共阴极数码管和共阳极数码管两种。共阴极数码管是指将LED的阴极连接在一起组成公共阴极的数码管。当共阴极数码管公共端com接GND，并且某一段的LED阳极接高电平时，相应段的LED即可点亮；反之，将共阴极数码管某一段的LED阳极接低电平时，相应段的LED即可熄灭。共阳极数码管是指将LED的阳极连接在一起组成公共阳极的数码管。当共阳极数码管公共端com接+5V电压，并且某一段的LED阴极接低电平时，相应段的LED即可点亮；反之，将共阳极数码管某一段的LED阴极接高电平时，相应段的LED即可熄灭。201202如图所示分别为共阴极数码管和共阳极数码管的内部接法。数码管的内部接法a）共阴极数码管的内部接法b）共阳极数码管的内部接法2033. 数码管的字形段码若要使数码管显示出需要的字形，需给相应的引脚提供显示该段的编码（简称段码）电平。数码管字形显示段和段码位的对应关系见下表，其中D7～D0是指数码管显示段接到单片机I/O接口的对应引脚。数码管字形显示段和段码位的对应关系使用共阳极数码管显示时，数据“0”表示对应段的LED点亮，数据“1”表示对应段的LED熄灭；反之，使用共阴极数码管显示时，数据“0”表示对应段的LED熄灭，数据“1”表示对应段的LED点亮。204二、数码管的静态显示1. 数码管的静态显示概述数码管的静态显示是指数码管显示字形时，相应的LED点亮，单片机I/O接口输出字形段码，数码管显示相应的字形并一直保持不变，直到I/O接口输出新的字形段码。在静态显示方式下，每个数码管的段控制线是独立的，分别接到单片机的8个I/O接口引脚上，公共端com接+5V电压或GND。数码管的静态显示方式具有电路结构简单、显示稳定、程序容易编写等优点，缺点是占用单片机的I/O接口资源较多。2052. 数码管静态显示的驱动电路（1）单片机I/O接口直接驱动电路单片机I/O接口直接驱动电路如下图所示，单片机I/O接口通过限流电阻与共阳极数码管的引脚相连接。限流电阻的大小选择与LED的限流电阻选择相同，阻值一般为220Ω。206207单片机I/O接口直接驱动电路（2）锁存器驱动电路由于单片机I/O接口的驱动电流受到限制，采用直接驱动电路控制数码管显示时，会造成单片机功耗提高，负载过重，影响数码管显示亮度。为了弥补单片机I/O接口直接驱动电路的缺陷，可以采用锁存器驱动电路间接增大数码管驱动电流，保证数码管显示亮度，降低单片机功耗。208如图所示的锁存器驱动电路是单片机I/O接口通过74LS373锁存器进行数据锁存，实现数码管的静态显示。209锁存器驱动电路3. 单片机I/O接口直接驱动数码管静态显示的程序示例如果单片机直接驱动共阳极数码管，采用静态显示方式显示数字“1”，则其程序如下。210数码管动态显示设计任务22111.掌握数码管动态显示的原理。2.能识读数码管动态显示的驱动电路。3.能设计数码管锁存器驱动电路。4.能编写简单的数码管动态显示程序。5.能与他人分析讨论，发现并解决程序编写和调试问题。212设备仪表、计时器等通常会显示多位数字，往往需要多位数码管作为显示设备。本任务要求设计1个4位数码管显示器，并在其上分别显示“1”“2”“3”“4”。213本任务可通过单片机I/O接口外接4个数码管实现。为了节约成本、简化电路，可选用4位一体数码管（内部集成4个数码管）作为数码管显示器，采用动态显示方式，利用人眼视觉暂留效应达到稳定不闪烁的显示效果，如图所示。为完成此任务，需学习数码管动态显示的原理、取整运算符和取余运算符等相关知识。214数码管显示器215一、数码管动态显示的原理数码管的动态显示指将所有数码管引脚a、b、c、d、e、f、g、dp分别连接起来作为段选端，每个数码管的公共端com作为位选端。数码管动态显示时，段选端上的字形段码决定数码管上显示的字形，而位选端决定点亮哪一位数码管，单片机轮流控制位选端以选通某一位数码管，并且单片机轮流控制段选端输出字形段码以实现在该位数码管上显示对应的字形。由于人眼视觉暂留效应，人们看到的数码管动态显示为所有数码管都在同时显示不同的字形。数码管动态显示时，每位数码管稳定显示需要的时间约为2ms。数码管动态显示连接电路具有功耗低、占用单片机I/O接口少等特点。216二、数码管动态显示的驱动电路数码管的动态显示具有节省I/O接口的优点，但与静态显示相比，其显示亮度较低，因此单片机的动态显示需要配备合适的驱动电路。当数码管公共端的电流较小时，可以使用单片机I/O接口直接驱动电路；当数码管公共端的电流较大时，需要外接驱动电路来提高数码管显示亮度，常采用锁存器驱动电路。217如图所示为2位数码管锁存器驱动电路框图，单片机输出的段码数据和位码数据通过74LS373锁存器驱动数码管。2182位数码管锁存器驱动电路框图三、数码管动态显示的程序示例共阳极数码管选用锁存器驱动电路，采用动态显示方式显示“12”。编程时，在动态显示过程中需添加消隐程序，以避免显示重影。在上图中，若单片机P3口连接位码锁存器驱动电路，P2口连接段码锁存器驱动电路，参考程序如下。219220221四、数制的权位数码管显示3位十进制数时，需要先分解出个位、十位、百位上的数字，再将其传送到数码管显示，这通常要运用C51语言中的取整运算和取余运算来完成。2221. 运算符（1）取整运算符“/”取整运算符“/”又称除法运算符，表示把一个数进行除法运算后取整数。（2）取余运算符“%”取余运算符“%”表示把一个数进行除法运算后取余数。2232. 权位的分解下面以1个4位十进制数5678为例介绍如何分解十进制权位。（1）千位权位数字的分解要将十进制数5678的千位权位数字5分解出来，在C51语言中只要运用除法运算将5678除以1000，所得结果就是5，余数678被舍弃，用C51语言表示如下。224（2）百位权位数字的分解在分解千位权位数字时，产生的余数678含有百位权位数字6，可以用与分解千位权位数字类似的处理方法，前提是得到余数678。处理的方法为先用除千取余运算得到余数678，再用除百取整运算得到数字6，用C51语言表示如下。第一步取余运算：5678%1000;

//取余运算后值为678第二步余数除百取整运算：678/100;

//取整运算后值为6225（3）十位权位数字的分解在除百运算时产生的余数78含有十位权位数字7，可以用与分解百位数字类似的处理方法分解十位权位数字，前提是得到余数78。处理的方法为先用除百取余运算得到余数