單片機(jī)教程二十二:LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示接口與編程

在單片機(jī)系統(tǒng)中，常常用LED數(shù)碼數(shù)碼管顯示器來顯示各種數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。

引言：還記得我們小時(shí)候玩的“火柴棒游戲”嗎，幾根火柴棒組合起來，能拼成各種各樣的圖形，LED數(shù)碼管顯示器實(shí)際上也是這么一個(gè)東西。

八段LED數(shù)碼管顯示器

<單片機(jī)靜態(tài)顯示接口>

八段LED數(shù)碼管顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。基中7個(gè)長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個(gè)賀點(diǎn)形的發(fā)光管在數(shù)碼管顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。LED數(shù)碼管顯示器有兩種不一樣的形式：一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED數(shù)碼管顯示器；另一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED數(shù)碼管顯示器。如下圖所示。`

共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED數(shù)碼管顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，對(duì)應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個(gè)筆劃段hgfedcba對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進(jìn)制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對(duì)于共陰LED數(shù)碼管顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極hgfedcba各段為0111011時(shí)，數(shù)碼管顯示器顯示"P"字符，即對(duì)于共陰極LED數(shù)碼管顯示器，“P”字符的字形碼是73H。如果是共陽LED數(shù)碼管顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為10001100（8CH）。這里必須注意的是：很多產(chǎn)品為方便接線，常不按規(guī)則的辦法去對(duì)應(yīng)字段與位的關(guān)系，這個(gè)時(shí)候字形碼就必須根據(jù)接線來自行設(shè)計(jì)了，后面我們會(huì)給出一個(gè)例程。

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)數(shù)碼管顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種辦法單片機(jī)中CPU的開銷小。能供給單獨(dú)鎖存的I/O接口電路很多，這里以常用的串并轉(zhuǎn)換電路74LS164為例，介紹一種常用靜態(tài)顯示電路，以使大家對(duì)靜態(tài)顯示有一定的了解。

MCS-51單片機(jī)串行口方式押為移們寄存器方式，外接6片74LS164作為6位LED數(shù)碼管顯示器的靜態(tài)顯示接口，把8031的RXD作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD作為移位時(shí)鐘脈沖。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)管腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，公一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。T（第8腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到T端時(shí)，移位寄存器移一位，8個(gè)時(shí)鐘脈沖過后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。R（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)R=0時(shí)，移位寄存器各位復(fù)0，只有當(dāng)R=1時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。Q1…Q8（第3-6和10-13管腳）并行輸出端分別接LED數(shù)碼管顯示器的hg---a各段對(duì)應(yīng)的管腳上。關(guān)于74LS164還能作如下的介紹：所謂時(shí)鐘脈沖端，其實(shí)就是需要高、低、高、低的脈沖，不管這個(gè)脈沖是怎么來的，比如，我們用根電線，一端接T，一端用手拿著，分別接高電平、低電平，那也是給出時(shí)鐘脈沖，在74LS164獲得時(shí)鐘脈沖的瞬間（再講清楚點(diǎn)，是在脈沖的沿），如果數(shù)據(jù)輸入端（第1，2管腳）是高電平，則就會(huì)有一個(gè)1進(jìn)入到74LS164的內(nèi)部，如果數(shù)據(jù)輸入端是低電平，則就會(huì)有一個(gè)0進(jìn)入其內(nèi)部。在給出了8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，然后再來一個(gè)脈沖會(huì)有什么發(fā)生呢？再來一個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出，就象車站排隊(duì)買票，欄桿就那么長，要從后面進(jìn)去一本人，前面必須要從前面走出去一本人才行。

搞清了這一點(diǎn)，下面讓我們來看電路，6片7LS164首尾相串，而時(shí)鐘端則接在一起，這樣，當(dāng)輸入8個(gè)脈沖時(shí)，從單片機(jī)RXD端輸出的數(shù)據(jù)就進(jìn)入到了第一片74LS164中了，而當(dāng)?shù)诙€(gè)8個(gè)脈沖到來后，這個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第二片74LS164，而新的數(shù)據(jù)則進(jìn)入了第一片74LS164，這樣，當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)8個(gè)脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最左面的164中，其他數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第一、二、三、四、五片74LS164中。有個(gè)問題，在第一個(gè)脈沖到來時(shí)，除了第一片74LS164中接收數(shù)據(jù)外，其他各片在干嗎呢？它們也在接收數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈兊臅r(shí)鐘端都是被接在一起的，可是數(shù)據(jù)還沒有送到其他各片呢，它們在接收什么數(shù)據(jù)呢？。。。。。。其實(shí)所謂數(shù)據(jù)不過是一種說法而已，實(shí)際就是電平的高低，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖到來時(shí)，第一片164固然是從單片機(jī)接收數(shù)據(jù)了，而其它各片也接到前一片的Q8上，而Q8是一根電線，在數(shù)字電路中它只可能有兩種狀態(tài)：低電平或高電平，也就是“0”和“1”。所以它的下一片74LS164也相當(dāng)于是在接收數(shù)據(jù)啊。只是接收的全部是0或1而已。這個(gè)問題放在這兒說明，可能有朋友不屑一顧，而有的朋友可能還是不清楚，這實(shí)際上涉及到數(shù)的本質(zhì)的問題，如果不懂的，請(qǐng)仔細(xì)思考，并找一些數(shù)字電路的數(shù)，理解164的工作原理，再來看這個(gè)問題，或者去看看我的另一篇文章《27課:關(guān)于單片機(jī)的一些基本概念》的文章。務(wù)必搞懂，搞懂了這一點(diǎn)，你的級(jí)別就高過開始學(xué)習(xí)者，可謂入門者了。

入口：把要顯示的數(shù)分別放在顯示緩沖區(qū)60H-65H共6個(gè)單元中，并且分別對(duì)應(yīng)各個(gè)數(shù)碼管LED0-LED5。

出口：將預(yù)置在顯示緩沖區(qū)中的6個(gè)數(shù)成對(duì)應(yīng)的顯示字形碼，然后輸出到數(shù)碼管顯示器中顯示。

單片機(jī)led顯示程序如下：

DISP: MOV SCON,#00H ;初始化串行口方式0

MOV R1,#06H ;顯示6位數(shù)

MOV R0,#65H ;60H-65H為顯示緩沖區(qū)

MOV DPTR,#SEGTAB ;字形表的入口地址

LOOP:

MOV A,@R0 ;取最高位的待顯示數(shù)據(jù)

MOVC A,@A+DPTR ;查表獲取字形碼

MOV SBUF,A ;送串行口顯示

DELAY: JNB TI,DELAY ;等待發(fā)送完畢

CLR TI ;清發(fā)送標(biāo)志

DEC R0 ;指針下移一位，準(zhǔn)備取下一個(gè)待顯示數(shù)

DJNZ R1,LOOP ;直到6個(gè)數(shù)據(jù)全顯示完。

RET

SETTAB: ;字形表，前面有介紹，以后我們再介紹字形表的制作。

DB 03H 9FH 27H 0DH 99H 49H 41H 1FH 01H 09H 0FFH

; 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 消隱碼

單片機(jī)顯示測試用主程序

ORG 0000H

AJMP START

ORG 30H

START: MOV SP,#6FH

MOV 65H,#0

MOV 64H,#1

MOV 63H,#2

MOV 62H,#3

MOV 61H,#4

MOV 60H,#5

LCALL DISP

SJMP $

如果按圖示數(shù)碼管排列，則以上主程序?qū)@示的是543210，想想看，如果要顯示012345該怎樣送數(shù)？

下面我們來分析一下字形表的制作問題。先就上述“標(biāo)準(zhǔn)”的圖形來看吧。寫出數(shù)據(jù)位和字形的對(duì)應(yīng)關(guān)系并列一個(gè)表如下（設(shè)為共陽型，也就是對(duì)應(yīng)的輸出位為0時(shí)筆段亮）

如何，字形表會(huì)做了吧，就是這樣列個(gè)表格，根據(jù)要求（0亮或1亮）寫出對(duì)應(yīng)位的0和1，就成了。做個(gè)練習(xí)，寫出A-F的字形碼吧。

如果為了接線方便而打亂了接線的次序，那么字形表又該如何接呢？也很簡單，一樣地列表啊。以新實(shí)驗(yàn)板為例，共陽型。接線如下：

P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0

C E H D G F A B

則字形碼如下所示：

;0 00101000 28H

;1 01111110 7EH

;2 10100100 0A4H

;3 01100100 64H

;4 01110010 72H

;5 01100001 61H

;6 00100001 21H

;7 01111100 7CH

;8 00100000 20H

;9 01100000 60H

作為練習(xí)，大家寫出A-F的字形代碼。

本來這里是講解單片機(jī)數(shù)碼管顯示器的靜態(tài)接口的，到此應(yīng)當(dāng)可算結(jié)束了，但是我還想接著上面講到的數(shù)的本質(zhì)的問題再談一點(diǎn)。單片機(jī)中有一些術(shù)語、名詞本來是幫助我們理解事物的，但有時(shí)我們會(huì)被這些術(shù)語的相關(guān)語義所迷惑，以致不能進(jìn)一步認(rèn)清他們的本質(zhì)，由此一般陷入困惑的境界。只有深入地了解了74LS164的工作特性，才能真正理解何謂串行的數(shù)據(jù)。