第五节-七段数码管的使用

第五节数码管的使用5.1数码管简介同学们！相信你的流水灯也做的不错了吧，现在能玩出几种花样了？但是工程师们设计这么一个单片机，并不是只为了让它做流水灯的，那样也太浪费点了吧...^_^。数码管的一种是半导体发光器件，7段LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备，可以显示0~9等10个数字和小数点，使用非常广泛，数码管可以分为一位和多位它的外观如图5-1所示。图5-15.2数码管的显示原理数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，使用时com接正5伏电源，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，使用时com要将其接地。而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），8个LED的分布方式如图5-2所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。那么，实际的数码管的引脚是怎样排列的呢？对于单个数码管来说，从它的正面看进去，左下角那个脚为1脚，以逆时针方向依次为1~10脚，左上角那个脚便是10脚了，上面两个图中的数字分别与这10个管脚一一对应。注意，3脚和8脚是连通的，这两个都是公共脚。它对应的引脚分布为图5-3所示。图5-2图5-3数码管的8段，对应一个字节的8位，a对应最低位，dp（小数点）对应最高位。所以如果想让数码管显示数字0，那么共阴数码管的字符编码为00111111，即0x3f；共阳数码管的字符编码为11000000，即0xc0。可以看出两个编码的各位正好相反。如图5-4所示。图5-4那么，一位数码管要显示字符0~F，则对应的编码如表2所示。一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们的段选线（即a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自的公共端称为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。5.3一位数码管的显示请实现：让一位数码管依次显示字符0~F，每个字符显示1秒，如此反复。一般情况下，为了计算或取码的方便，我们把a-dp依次接到单片机某个口上的Px.0--Px.7上。x表示0，1，2，3其中的一个。这样我们只要给某个口，赋一个值，则相应的LED段就被点亮，但是在硬件连接上要注意了：单片机可能不能直接驱动LED，所以我们可以通过控制三级管的导通或截止，或者使用共阳极数码管（以灌电流的方式）、或者使用锁存器来驱动。来控制LED的亮与灭！5.3.1硬件的选择与仿真电路的设计1.打开Proteus，选择“File/NewDesign”菜单选项，新建一个“设计项目”。并将项目保存为“SEG7_1”。2.选择“P”按钮或菜单“Library/PickDivice/Symbol…P”菜单，从“元件库”中选取元件。依次添加其他元件。其名称和位置见下表。元件名称CategorySub-CategoryResultsAT89C52MicroprocessorICs8051FamilyAT89C527SEG-MPX1-CA（注1）Optoelectronics7-SegmentDisplays7SEG-MPX1-CARX8（注2）ResistorsResistorPacksRX8RESPACK-8（注3）ResistorsResistorPacksRESPACK-8注1：7SEG表示7段数码管（Proteus还提供了14段和16段数码管）MPX1表示1位（Proteus还提供了2位、4位、6位和8位数码管）CA表示共阳极（CC表示共阴极）注2：RX8表示电阻排，它实际相当于8个电阻并排摆放在一个容器内。在这里是作为限流电阻来使用的。注3：RESPACK-8表示电阻排，它实际相当于8个电阻并排摆放在一个容器内，但是这8个电阻的一段是连接在一起作为公共端的。在这里是作为P0口的上拉电阻来使用的。依次从备选元件库中摆放器件，连线，画出仿真电路图，如图5-5所示。图5-5注意：在Proteus中，实际上，51单片机是不需要晶振、复位电路和电源就可以仿真的，因此，为了方便我们教学，以后，我们将不再画上述51的外围电路。5.3.2程序的设计1.新建一个keil项目，并命名为“SEG7_1”并添加一个名为“main.c”的源代码文件，然后键入如下代码。如代码5.1所示。//代码5.1#includereg52.h#defineSegPortP0//定义数码管连接的端口#defineucharunsignedchar//宏定义将unsignedchar替换为较为简单的uchar写法#defineuintunsignedint//宏定义将unsignedint替换为较为简单的uint写法//用一个数组来定义字符0~f共阳极数码管编码ucharcodeseg7ca[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,//0~30x99,0x92,0x82,0xf8,//4~70x80,0x90,0x88,0x83,//8~b0xc6,0xa1,0x86,0x8e//c~f};//延时函数ms毫秒voidDelayMs(uintms){uinti,j;for(i=0;ims;i++){for(j=0;j124;j++);}}voidmain(){while(1)//无限大循环{//这段代码将字符0~F轮流显示一遍，每个字符显示1秒uchari=0;//从数组第一个元素开始显示for(i=0;i16;i++){SegPort=seg7ca[i];//按次序显示字符0~FDelayMs(1000);//延时1秒}}知识点：数组seg7ca[]的定义格式：数据类型（数组位置）数组名称[]={数组元素1，数组元素2，……};知识点：code关键字“code”是C51所定义的关键字，他的含义是定义将代码放在ROM中,由于51的RAM很小，因此，为了节约有限的RAM，我们通常会把一些不会变化的数据（比如数码管的编码、参数表等等）放在ROM中，这样，我们就可以多空出一些RAM供程序来使用。那么怎样把这些常量放在ROM中呢，即给定义语句前添加一个“code”关键字，告诉编译器，这些常量要放在ROM中，如果没有添加“code”，那么这些编码就会放在RAM中。同学们可以通过删除“code”关键字，重新build程序，然后查看程序占用RAM的大小，来验证“code”关键字的作用。知识点：数组元素的访问数组元素是通过他的序号来访问的。例如数组seg7ca[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e}一共有16个元素，其中0xc0的序号为0（请记住，数组中的第一个元素序号为0），0xf9的序号为1，……，0x8e的序号为15，以此类推。那么当我们想要使用0xc0时，我们可以使用“seg7ca[0]”这种方式。因此，代码“SegPort=seg7ca[i]”;//按次序显示字符0~F程序代码说明uchari=0;//从数组第一个元素开始显示for(i=0;i16;i++){SegPort=seg7ca[i];//按次序显示字符0~FDelayMs(1000);//延时1秒}这段代码将字符0~F轮流显示一遍，每个字符显示1秒当for循环开始时，i=0，因此，SegPort=seg7ca[0];由于SegPort是P0，seg7ca[0]=0xc0，因此，P0=0xc0，即P0口送出0xc0，由于0xc0是共阳极数码管字符“0”的编码，因此，数码管显示字符“0”。当for第二次循环时，i=1，因此，SegPort=seg7ca[1];即，P0=0xf9，即P0口送出0xf9，由于0xf9是共阳极数码管字符“1”的编码，因此，数码管显示字符“1”。以此类推，随着for循环，P0口送出数组seg7ca所定义的16个元素，从而在数码管上显示对应的十六个字符。5.4多位数码管的显示想必大家已经可以把0-F显示出来了吧！但是如果要你显示两位数，三位数呢？让我们实现如下功能：让两位数码管显示数字“15”。或许，有的朋友会这么想：在P0口上接一个数码管，再在P1口上接个数码管！但是，如果要显示4位、5位的数字呢？那岂不是一块AT8951都接不过来！难到就不能接4位或5位以上的吗？肯定不是的！说到这里，我们来讲讲数码管的显示方式，可分为两种：动态扫描和静态显示。上面我们所说的即为静态显示。但是如果我们采用动态扫描显示，那么就可以解决上面的问题，动态扫描是指每隔一段时间循环点亮每个数码管，每次只有一个数码管被点亮。细心的朋友会问这样的问题：是让数码管一个一个亮，那还是不能控制数码管一起亮或灭嘛！怎么解决？其实，人的眼睛有视觉暂留效应，黑夜里，拿着一支烟，在你面前快速的晃动，你会发现什么样的现象？是不是原本不连续的点变成了一条看上去连续的曲线或者直线！再回过头来，仔细想想我们的数码管！原理是一样的，只要我们快速的循环显示每个数码管，人的眼睛看起来就好像是它们同时被点亮了，关键是速度。比如点亮6位数码管，硬件连接可以这样解决：a--dp还是接至P0.0--P0.7上，还有6个COM脚再接至另外口的P2.0--P2.5。P0口作段选（控制数字字符），P2口作位选（选通哪个数码管被点亮）这样我们控制P0和P2口就可以控制6个数码管了。5.4.1硬件的选择与仿真电路的设计1.打开Proteus，选择“File/NewDesign”菜单选项，新建一个“设计项目”。并将项目保存为“SEG7_2”。2.选择“P”按钮或菜单“Library/PickDivice/Symbol…P”菜单，从“元件库”中选取元件。依次添加其他元件。其名称和位置见下表。元件名称CategorySub-CategoryResultsAT89C52MicroprocessorICs8051FamilyAT89C527SEG-MPX2-CC（注1）Optoelectronics7-SegmentDisplays7SEG-MPX2-CCRX8ResistorsResistorPacksRX8RESPACK-8ResistorsResistorPacksRESPACK-874HC573（注2）TTL74HCseriesFlip-Flops&latches74HC573注1：7SEG表示7段数码管、MPX2表示2位、CC表示共阴极（CC表示共极）注2：74HC573是一个8位锁存器，在这里主要是提供锁存和驱动功能。依次从备选元件库中摆放器件，连线，画出仿真电路图，如图5-6所示。图5-61.连线的标号连接法：由于某些连线不太方便直接连接，或者由于美观原因，我们可以采用标号连接。例如，我们想将51的P1.2引脚和74HC573的“LE”引脚相连，方法如下：（1）先将51的P1.2引脚和74HC573的“LE”引脚各用鼠标延长一段。（2）点击Proteus侧边工具栏的“LBL（WireLabelMode）”按钮，如图5-7所示。图5-7图5-8（3）将鼠标移动到51的P1.2引脚点一下，出现如下“EditWireLabel”窗口，在“EditWireLabel”窗口的“string”编辑框中填入该引脚的名称，比如“P12”，然后点击“OK”。如果5-8所示。（4）再将将鼠标移动到74HC573的“LE”引脚点一下，再在“EditWireLabel”窗口的“string”编辑框中填入该相同的名称，比如“P12”，然后点击“OK”。WireLabelMode按钮（5）这样，引脚标号相同的引脚就会被物理的连接在一起了。2.74HC573的使用74HC573为8位3态非反转透明锁存器。数据从D0~D7引脚输入，从Q0~Q7引脚输出。他的真值表如图5-9所示。图5-9OE为输出使能端，低电平有效，当OE为高电平时，D和Q不通，即