计算机控制技术学习情境十三.ppt

1、学习目标： 通过情境12的完成方法，掌握并行I/O口的扩展方法，掌握对8155并行I/O接口芯片的灵活应用。掌握键盘及显示接口的设计方法；掌握键盘扫描程序和动态显示程序的设计方法。 任务描述： 设计2行4列矩阵式键盘，按键数值在数码管上显示。,学习情境12：键盘对数码显示器的控制,硬件电路与工作原理,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030H MAIN: MOV 53H,#00H ;显示缓冲区50H-53H MOV 52H,#00H ;清零 MOV 51H,#00H MOV 50H,#00H MOV R5,#53H KEYSUB: MOV A,#03H ;写8155命令字 MO

2、V DPTR,#7F00H ;A、B口输出C口输入 MOVX DPTR,A BEGIN: LCALLDIS ;显示 LCALL CLEAR ;B口输出0，清显示 LCALL CCSCAN ;扫描按键 JNZ INK1 ;有键A0 LJMP BEGIN,控制程序,INK1: LCALL DIS ;显示 LCALL DL1MS ;延时2ms LCALL DL1MS LCALL CLEAR ;清显示 LCALL CCSCAN ;扫描键盘 JNZ INK2 ;按键状态仍在，确认按键 LJMP BEGIN INK2: MOV R2,#0FEH ;A口从PA0-PA3依次为低 MOV R4,#00H ;列

3、号 COLUM: MOV DPTR,#7F01H ;写A口 MOV A,R2 MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,DPTR ;读C口,控制程序,JB ACC.0,LONE ;是PC0=0? MOV A,#00H ;行号=00 AJMPKCODE LONE: JB ACC.1,NEXT ;是PC1=0? MOV A,#04H ;行号=04 KCODE: ADD A,R4 ;键值=行号+列号 LCALL PUTBUF ;送显示缓冲区 PUSH ACC KON: LCALLDIS ;显示 LCALL CLEAR ;清显示 LCALL CCSCAN ;扫描键盘 J

4、NZ KON ;等键抬起 POP ACC NEXT: INC R4 ;扫描下一列,控制程序,MOV A,R2 ;FEH=11111110 JNB ACC.3,KERR RL A ;调整R2值，左移一位 MOV R2,A LJMP COLUM ;继续扫描 KERR: LJMP BEGIN CCSCAN: MOV DPTR,#7F01H ;判断是否有键按下 MOV A,#00H ;A口写00 MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,DPTR ;读C口 CPL A ANL A,#03H RET,控制程序,CLEAR: MOV DPTR, #7F02H ;B口写00

5、MOV A,#00H MOVX DPTR,A RET DIS: PUSH ACC ;显示子程序 PUSH 00H ;保护R0 PUSH 03H ;保护R3 MOV A,#03H ;重写8155口输入输出 MOV DPTR,#7F00H MOVX DPTR,A MOV R0,#50H ;显示缓冲区首地址 MOV R3,#0F7H ;数码管位控制 MOV A,R3 ;11110111,控制程序,AGAIN: MOV DPTR,#7F01H ;写A口 MOVX DPTR,A MOV A,R0 MOV DPTR,#DSEG0 ;取段码 MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#7F02H ;写B

6、口 MOVX DPTR,A LCALL DL1MS ;延时1MS INC R0 ;修改缓冲区指针 MOV A,R3 ;修定显示位 JNB ACC.0,OUT ;11110111- RR A ;11111011 MOV R3,A LJMP AGAIN,控制程序,OUT: POP 03H POP 00H POP ACC RET ;共阴极数码管段码表 DSEG0: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DL1MS: MOV R7,#01H ;延时1ms子程序 DL0: MOV R6,#0FFH DL1: DJNZ R6,DL1 DJNZ R7,DL0 RET,控制程序

7、,PUTBUF:PUSH00H ;键值送显示缓冲区 PUSH ACC MOV A,R5 MOV R0,A POP ACC MOV R0,A DECR5 CJNER5,#4FH,GOBACK MOV R5,#53H GOBACK: POP 00H RET END,控制程序,1、怎样通过8155来扩展I/O口？怎么控制? 2、键盘是如何采集的？ 3、怎样控制数码管的显示？尤其是动态显示？,思考问题,学习内容,1、采用8155扩展I/O口 2、键盘与数码管显示的接口,学习资料,拟定工作计划及评价标准,汇报计划,核准后实施,实施计划，教师现场指导,自查任务完成情况，提交设计结果,教师评价,在实验箱电路

8、中采用的是一种可编程的接口芯片8155，Intel公司研制的8155不仅具有两个8位的I/O端口(A口、B口)和一个6位的I/O端口(C口)，而且还可以提供256B的静态RAM存储器和一个14位的定时/计数器。8155和单片机的接口非常简单，目前被广泛应用。 1. 8155的结构和引脚 8155有40个引脚，采用双列直插封装，其引脚图和组成框图如图所示。,8155扩展I/O口,知识资料,8155扩展I/O口,知识资料,8155的引脚分类说明如下： (1) 地址/数据线AD0AD7（8条）：是低8位地址线和数据线的共用输入总线，常和51单片机的P0口相连，用于分时传送地址数据信息，当ALE=1时

9、，传送的是地址。 (2) I/O口总线（22条）：PA0PA7、PB0PB7分别为A、B口线，用于和外设之间传递数据；PC0PC5为C端口线，既可与外设传送数据，也可以作为A、B口的控制联络线。,8155扩展I/O口,知识资料,(3) 控制总线（8条）： RESET：复位线，通常与单片机的复位端相连，复位后，8155的3个端口都为输入方式。 RD/WR：读/写线，控制8155的读、写操作。 ALE：地址锁存线，高电平有效。它常和单片机的ALE端相连，在ALE的下降沿将单片机P0口输出的低8位地址信息锁存到8155内部的地址锁存器中。因此，单片机的P0口和8155连接时，无需外接锁存器。 CE

10、：片选线，低电平有效。,8155扩展I/O口,知识资料,IO/M ：RAM或I/O口的选择线。当IO/M=0时，选中8155的256 B RAM；当IO/M=1时，选中8155片内3个I/O端口以及命令/状态寄存器和定时/计数器。 TIMERIN/TIMEROUT：定时/计数器的脉冲输入、输出线。TIMERIN是脉冲输入线，其输入脉冲对8155内部的14位定时/计数器减1；TIMEROUT为输出线，当计数器计满回0时，8155从该线输出脉冲或方波，波形形状由计数器的工作方式决定。,8155扩展I/O口,知识资料,2. 作片外RAM使用 当CE=0、IO/M=0时，8155只能做片外RAM使用，

11、共256 B。其寻址范围由CE、IO/M以及AD0AD7的接法决定，这和片外RAM的扩展完全相同。 当系统同时扩展片外RAM芯片时，要注意二者的统一编址。对这256 B RAM的操作使用片外RAM的读/写指令“MOVX”。,8155扩展I/O口,知识资料,3. 作扩展I/O口使用 当 CE=0，IO/M =1时，此时可以对8155片内3个I/O端口以及命令/状态寄存器和定时/计数器进行操作。与I/O端口和计数器使用有关的内部寄存器共有6个，需要三位地址来区分，下表为地址分配情况。,8155扩展I/O口,知识资料,1) 命令/状态寄存器 芯片8155 I/O口的工作方式的确定是通过对8155的命

12、令寄存器写入控制字来实现的。8155控制字的格式如图所示。 命令寄存器只能写入不能读出，也就是说，控制字只能通过指令MOVX DPTR, A或MOVX Ri, A写入命令寄存器。 在实训电路板中，扩展了8155，用于连接4个LED显示和键盘，A、B口为基本输出方式，C口为基本输入方式，因此编写如下程序： MOV DPTR，#CWR ；设CWR为命令寄存器的地址 MOV A，#03H ；A、B口为基本输出，C口为基本输入 MOVX DPTR,A,8155扩展I/O口,知识资料,1) 命令/状态寄存器,8155扩展I/O口,知识资料,状态寄存器中存放有状态字，状态字反映了8155的工作情况，状态字

13、的各位定义如图所示,8155扩展I/O口,知识资料,1) 命令/状态寄存器,状态寄存器和命令寄存器是同一地址，状态寄存器只能读出不能写入，也就是说，状态字只能通过指令MOVX A ，DPTR或MOVX A，Ri来读出，以此来了解8155的工作状态。 2) 计数器高、低8位寄存器,8155扩展I/O口,知识资料,1) 命令/状态寄存器,4. I/O口的工作方式 当使用8155的三个I/O端口时，它们可以工作于不同的方式，工作方式的选择取决于写入的控制字，A、B口可以工作于基本I/O方式或选通I/O方式，C口可工作于基本I/O方式，也可以作为A、B选通方式时的控制联络线。,8155扩展I/O口,知

14、识资料,方式1、2时，A、B、C口都工作于基本I/O方式，可以直接和外设相连，采用“MOVX”类的指令进行输入/输出操作。 方式3时，A口为选通I/O方式，由C口的低三位作联络线，其余位作I/O线；B口为基本I/O方式。 方式4时，A、B口均为选通I/O方式，C口作为A、B口的联络线。,8155扩展I/O口,知识资料,C口的工作方式和各位的关系：,8155扩展I/O口,知识资料,5. MCS-51单片机和8155的接口 MCS-51和8155的接口非常简单，因为8155内部有一个8位地址锁存器，故无需外接锁存器。在二者的连接中，8155的地址译码即片选端可以采用线选法、全译码等方法。 在整个单

15、片机应用系统中要考虑与片外RAM及其它接口芯片的统一编址。,8155扩展I/O口,知识资料,8155扩展I/O口,知识资料,8155扩展I/O口,知识资料,按键的分类 按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。,单片机与键盘接口,知识资料,键输入原理 在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能

16、，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。 对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，将该键号送入累加器ACC，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。,单片机与键盘接口,知识资料,按键结构与特点 通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。 机械式按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图所示，抖动时间的长短与开关的

17、机械特性有关，一般为510 ms。,单片机与键盘接口,知识资料,单片机与键盘接口,知识资料,在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。 在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路。图7.3是一种由R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器一旦翻转，触点抖动不会对其产生任何影响。,图7.3 双稳态去抖电路,电路工作过程如下：按键

18、未按下时，a = 0，b = 1，输出Q = 1。按键按下时，因按键的机械弹性作用的影响，使按键产生抖动。当开关没有稳定到达b端时，因与非门2输出为0反馈到与非门1的输入端，封锁了与非门1，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为1，输出Q不会产生抖动的波形。当开关稳定到达b端时，因a = 1，b = 0，使Q = 0，双稳态电路状态发生翻转。当释放按键时，在开关未稳定到达a端时，因Q = 0，封锁了与非门2，双稳态电路的状态不变，输出Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到达a端时，因a = 0，b = 0，使Q = 1，双稳态电路状态发生翻转，输出Q重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双

19、稳态电路之后，输出已变为规范的矩形方波。,软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10 ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。 4. 按键编码 一组按键或键盘都要通过I/O口线查询按键的开关状态。根据键盘结构的不同，采用不同的编码。无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的跳转。,5. 编制键盘程序 一个完善的键盘控制程序应具备以下功能： (1) 检测有

20、无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。 (2) 有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。 (3) 准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。,7.1.2 独立式按键 单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。 1. 独立式按键结构 独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图7.4所示。 独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按

21、键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。,图7.4 独立式按键电路,2. 独立式按键的软件结构 独立式按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。图7.4中的I/O口采用P1口，请读者自行编制相应的软件。,7.1.3 矩阵式按键 单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。 1. 矩阵式键盘的结构及原理 矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图7.5所示。 由图可知，一个44的行、列结构可

22、以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。,图7.5 矩阵式键盘结构,矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。,2. 矩阵式键盘按键的识别 识别按键的方法很多，其中，最常见的方法是扫描法。

23、下面以图7.5中8号键的识别为例来说明扫描法识别按键的过程。 按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键按下时处在高电平。显然，如果让所有的列线也处在高电平，那么，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此，必须使所有列线处在低电平。只有这样，当有键按下时，该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。CPU根据行电平的变化，便能判定相应的行有键按下。8号键按下时，第2行一定为低电平。然而，第2行为低电平时，能否肯定是8号键按下呢？,回答是否定的，因为9、10、11号键按下，同样会使第2行为低电平。为进一步确定具体键，不能使所有列线在同一时刻都处在低电平，可在某一时刻只让一条列线处于低电平，其

24、余列线均处于高电平，另一时刻，让下一列处在低电平，依此循环，这种依次轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。采用键盘扫描后，再来观察8号键按下时的工作过程，当第0列处于低电平时，第2行处于低电平，而第1、2、3列处于低电平时，第2行却处在高电平，由此可判定按下的键应是第2行与第0列的交叉点，即8号键。,3. 键盘的编码 对于独立式按键键盘，因按键数量少，可根据实际需要灵活编码。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号惟一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。如图7.5中的8号键，它位于第2行，第0列，因此，其键盘编码应为20H。采用上述编

25、码对于不同行的键离散性较大，不利于散转指令对按键进行处理。因此，可采用依次排列键号的方式对按排进行编码。以图7.5中的44键盘为例，可将键号编码为：01H、02H、03H、0EH、0FH、10H等16个键号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。,4. 键盘的工作方式 对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。 1) 编程扫描方式 编程扫描方式是利用CPU完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘

26、输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。,键盘扫描程序一般应包括以下内容： (1) 判别有无键按下。 (2) 键盘扫描取得闭合键的行、列值。 (3) 用计算法或查表法得到键值。 (4) 判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。 (5) 将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。,图7.6是一个48矩阵键盘电路，由图可知，其与单片机的接口采用8155扩展I/O芯片，键盘采用编程扫描方式工作。8155C口的低4位输入行扫描信号，A口输出8位列扫描信号，二者均为低电平有效。8155的IO/ 与P2.0相连， 与P2.1相连， 、 分别与单片机的 、

27、相连。由此可确定8155的口地址为 命令/状态口：0100H（P2未用口线规定为0） A 口：0101H B口：0102H C口：0103H,图7.6 8155扩展I/O口组成的矩阵键盘,图7.6中，A口为基本输出口，C口为基本输入口，因此，方式命令控制字应设置为43H。在编程扫描方式下，键盘扫描子程序应完成如下几个功能： (1) 判断有无键按下。其方法为：A口输出全为0，读C口状态，若PC0PC3全为1，则说明无键按下；若不全为1，则说明有键按下。 (2) 消除按键抖动的影响。其方法为：在判断有键按下后，用软件延时的方法延时10 ms后，再判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一个按键

28、按下，否则当作按键抖动来处理,(3) 求按键位置。根据前述键盘扫描法，进行逐列置0扫描。图7.6中，32个键的键值分布如下（键值由4位十六进制数码组成，前两位是列的值，即A口数据，后两位是行的值，即C口数据，X为任意值）： FEXE FDXE FBXE F7XE EFXE DFXE BFXE7FXE FEXD FDXD FBXD F7XD EFXD DFXD BFXD 7FXD FEXB FDXB FBXB F7XB EFXB DFXB BFXB 7FXB FEX7 FDX7 FBX7 F7X7 EFX7 DFX7 BFX7 7FX7,按键键值确定后，即可确定按键位置。相应的键号可根据下述公式

29、进行计算：键号=行首键号+列号。图7.6中，每行的行首可给以固定的编号0（00H），8（08H），16（10H），24（18H），列号依列线顺序为07。 (4) 判别闭合的键是否释放。按键闭合一次只能进行一次功能操作，因此，等按键释放后才能根据键号执行相应的功能键操作。 键盘扫描程序流程图请参阅图7.1中的主程序流程图。 键盘扫描程序请参阅实训7源程序中的键盘查询程序、键盘扫描程序和按键查询子程序三部分。,实训7是矩阵式键盘的一种典型应用，与图7.6相比，8155入口地址不同，矩阵键盘列数不同，再就是为兼顾键盘和显示，防抖所用的延时子程序由显示子程序替代。 2) 定时扫描方式 定时扫描方式就是

30、每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间（例如10 ms）的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断。CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键按下时识别出该键，再执行该键的功能程序。,3) 中断扫描方式 采用上述两种键盘扫描方式时，无论是否按键，CPU都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此，CPU经常处于空扫描状态。,为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下：当无键按下时，CPU处理自己的工作，当有键按下时，产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。 图7.8是一种简易键盘接口电路，该键盘是由8051 P1口

31、的高、低字节构成的44键盘。键盘的列线与P1口的高4位相连，键盘的行线与P1口的低4位相连，因此，P1.4P1.7是键输出线，P1.0P1.3是扫描输入线。图中的4输入与门用于产生按键中断，其输入端与各列线相连，再通过上拉电阻接至+5 V电源，输出端接至8051的外部中断输入端。,具体工作如下：当键盘无键按下时，与门各输入端均为高电平，保持输出端为高电平；当有键按下时，端为低电平，向CPU申请中断，若CPU开放外部中断，则会响应中断请求，转去执行键盘扫描子程序。,图7.8 中断扫描键盘电路,7.2 单片机与显示器接口,7.2.1 LED显示和接口 常用的LED显示器有LED状态显示器（俗称发光

32、二极管）、LED七段显示器（俗称数码管）和LED十六段显示器。发光二极管可显示两种状态，用于系统状态显示；数码管用于数字显示；LED十六段显示器用于字符显示。本节重点介绍LED七段显示器。 例7.1 用定时/计数器模拟生产线产品计件，以按键模拟产品检测，按一次键相当于产品计数一次。检测到的产品数送P1口显示，采用单只数码管显示，计满16次后从头开始，依次循环。系统采用12 MHz晶振。,图7.9 模拟生产线产品计件数码管显示电路,解：根据题意可设计出硬件电路如图7.9所示。,其源程序可设计如下： ORG1000H MOVTMOD，#60H ；定时器1工作在方式2 MOVTH1，#0F0H ；定

33、时器1置初值 MOVTL1，#0F0H SETBTR1 ；启动定时器1 MAIN： MOVA，#00H ；计数显示初始化 MOVP1，#0C0H ；数码管显示0,DISP：JBP3.3，DISP；监测按键信号 ACALL DELAY；消抖延时 JB P3.3，DISP；确认低电平信号 DISP1：JNB P3.3，DISP1；监测按键信号 ACALL DELAY；消抖延时 JNB P3.3，DISP1；确认高电平信号 CLRP3.5 ；T1引脚产生负跳变 NOP NOP,SETBP3.5 ；T1引脚恢复高电平 INCA ；累加器加1 MOVR1，A ；保存累加器计数值 ADDA，#08H ；变

34、址调整 MOVC A，A+PC ；查表获取数码管显示值 MOVP1，A ；数码管显示查表值 MOVA，R1 ；恢复累加器计数值 JBC TF1，MAIN ；查询定时器1计数溢出 SJMP DISP ；16次不到继续计数,TAB： DB 0C0H，0F9H，0A4H；0，1，2 DB 0B0H，99H，92H；3，4，5 DB 82H，0F8H，80H；6，7，8 DB 90H，88H，83H，；9，A，B DB 0C6H，0A1H，86H；C，D，E DB8EH；F,DEALY： MOV R2，#14H；10 ms延时 DELAY1：MOV R3，#0FAH DJNZR3，$ DJNZR2，D

35、EALY1 RET END,比较例5.4和例7.1可知，同样是显示数字信息，例5.4是通过P1口每一位状态的显示来获取信息，例7.1是直接通过数码管显示的数字来获取信息，显然，后者更加直观、快捷。从获取信息的角度来看，例7.1优于例5.4。由例7.1可具体剖析数码管的结构，分析其工作原理。 1. 数码管简介 1) 数码管结构 数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，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、符号“”及小数点“”。数码管的外形结构如图7.10（a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图7.10（b）和图7.01（c）所示。,图7.10

36、 数码管结构图（a） 外型结构；（b） 共阴极；（c）共阳极,2) 数码管工作原理 共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），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低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。,共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。通常，公共阴极接低电平（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，则该端所连接的字段导通

37、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。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 例7.1采用共阳极数码管与单片机P1口直接连接，其电路连接如图7.9所示。数码管公共阳极接+5 V电源，其它管脚分别接P1口的8个端口，限流电阻为510 ，数码管字段导通电流约为6 mA（额定字段导通电流一般为5 20 mA）。,3) 数码管字形编码 要使数码管显示出相应的数字或字符，必须使段数据口输出相应的字形编码。对照图7.10（a），字型码各位定义为：数据线D0与a字段对应，D1与b字段对应，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对

38、应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0”，共阳极数码管的字型编码应为：11000000B（即C0H）；共阴极数码管的字型编码应为：00111111B（即3FH）。依此类推，可求得数码管字形编码如表7.1所示。,表7.1 数码管字型编码表,续表,例7.1采用共阳极数码管，因此，应采用表7.1中的共阳极字型码。具体实施是通过编程将需要显示的字型码存放在程序存储器的固定区域中，构成显示字型码表。当要显示某字符时，通过查表指令获取该字符所对应的字型码。 LED七段数码管有静态显示和动态显示两种方式，下面分别加以叙述。 2. 静

39、态显示接口 1) 静态显示概念 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，公共端恒定接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用CPU时间少，编程简单，显示便于监测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。 2) 多位静态显示接口应用 例7.1是数码管静态显示方式的一种典型应用，其硬件及软件都非常简单，但其只能显示一位，

40、如要用P1口显示多位，则每位数码管都应有各自的锁存、译码与驱动器，还需有相应的位选通电路。位选通电路输出位码。,例7.2 将例7.1中的单位数码管显示改为6位显示，具体要求如下： (1) 右边第一位进行正常计数，显示当前计数状态，其功能与例7.1完全一样。 (2) 左边5位分别显示前5次计数状态，当连续计数时，会产生计数数据从左至右移动的感觉。 解：整体设计思路如下： P1口控制段码输出，P3口控制位码输出，每个数码管接一个锁存器。锁存器除用来锁存待显示段码外，还兼作显示驱动器直接驱动共阳极数码管。在单片机内部RAM设置待显示数据缓冲区，由查表程序完成显示译码（俗称软件译码），将缓冲区内待显示

41、数据转换成相应的段码，再将段码送P1口显示。,硬件电路设计如下： P1口的段码输出直接接至锁存器的输入端，锁存器采用74LS373（或74LS273、74LS374）。锁存器的输出接至数码管的各段，同时还经300 上拉（或限流）电阻接至电源。位选通电路由P3口的P3.0（RXD）、P3.1（TXD）和P3.2（INT0）与3-8译码器74LS138连接组成。74LS138输出的位码经倒相器74LS04后接至74LS373的使能端LE（或74LS273、74LS374的时钟端），以此来控制相应显示位段码数据的刷新。模拟生产线计数的按键信号接至P3.3（INT1）口，具体电路如图7.11所示。,图

42、7.11 六位数码管静态显示电路,软件设计如下： 以单片机内部RAM的30H35H单元作为显示数据缓冲区。六位数码管段码的获取及显示控制由显示子程序完成。单片机每接收一次按键信号（即模拟生产线计数信号），显示缓冲区的待显示数据就被刷新一次，然后再调用一次显示子程序。如连续按键，即可产生计数数据从左至右循环移动的效果。软件流程图如图7.12所示。 源程序设计（略）。,图7.12 六位数码管静态显示软件流程图,3动态显示接口 1) 动态显示概念 动态显示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式称为位扫描。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

43、（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。,采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。 用8051系列单片机构建数码管动态显示系统时，常采用8155可编程I/O

44、扩展接口，其典型应用如图7.13所示。 图中，数码管采用共阴极LED，8155的A口线经过8路驱动电路后接至数码管的各段。当A口线输出“1”时，驱动数码管发光。8155的C口线经过6路驱动电路后接至数码管的公共端。当C口线输出“0”时，选通相应位的数码管发光。,图7.13 8155构成的六位数码管动态显示电路,A口、C口应定义为基本输出，分别控制数码管的段码（段驱动端）和位码（公共端），B口未用，可定义为基本输入。此时，命令寄存器中的PA=1，PB=0，PC1=1，PC2=1。因不用A、B口中断，也不用定时/计数器，故IEA=0，IEB=0，TM1=1，TM2=0。由此可得命令字为：01001

45、101B=4DH。编程时的步骤如下： MOVDPTR，#CWR；选中8155的命令寄存器 MOVA，#4DH；命令字送A MOV DPTR，A；命令字写入命令寄存器,2) 多位动态显示接口应用采用8051与8155接口，再采用8155的I/O口控制数码管的段码和位码，同时，采用动态扫描方式依次循环点亮各位数码管，即可构成多位动态数码管显示电路。 例7.3 用动态显示方式实现例7.2的所有功能。 解：整体设计思路如下： 由8155的A口控制段码输出，C口控制位码输出。采用定时器中断方式实现动态扫描，每隔20ms扫描一次，每位数码管点亮的时间为1ms。在单片机内部RAM设置待显示数据缓冲区，由查表程序完成显示译码。,将缓冲区内待显示数据转换成相应的