红金龙吸味-第五章----LED主题----多任务环境下的数码管编程设计

“从单片机初学者迈向单片机工程师”之LED主题讨论周第五章--多任务环境下的数码管编程设计数码管在实际应用中非常广泛，尤其是在某些对成本有限制的场合。编写一个好用的LED程序并不是那么的简单。曾经有人这样说过，如果用数码管和按键，做一个简易的可以调整的时钟出来，那么你的单片机就算入门了60%了。此话我深信不疑。我遇到过很多单片机的爱好者，他们问我说单片机我已经掌握了，该如何进一步的学习下去呢？我并不急于回答他们的问题，而是问他们：会编写数码管的驱动程序了吧？“嗯”。会编写按键程序了吧？“嗯”。好，我给你出一个小题目，你做一下。用按键和数码管以及单片机定时器实现一个简易的可以调整的时钟，要求如下：8位数码管显示，显示格式如下时-分-秒XX-XX-XX要求：系统有四个按键，功能分别是调整，加，减，确定。在按下调整键时候，显示时的两位数码管以1Hz频率闪烁。如果再次按下调整键，则分开始闪烁，时恢复正常显示，依次循环，直到按下确定键，恢复正常的显示。在数码管闪烁的时候，按下加或者减键可以调整相应的显示内容。按键支持短按，和长按，即短按时，修改的内容每次增加一或者减小一，长按时候以一定速率连续增加或者减少。结果很多人，很多爱好者一下子都理不清楚思路。其实问题的根源在于没有以工程化的角度去思考程序的编写。很多人在学习数码管编程的时候，都是照着书上或者网上的例子来进行试验。殊不知，这些例子代码仅仅只是具有一个演示性的作用，拿到实际中是很难用的。举一个简单的例子。下面这段程序是在网上随便搜索到的：while(1){for(num=0;num9;num++){P0=table[num];P2=code[num];delayms(2);}}看出什么问题来了没有，如果没有看出来请仔细想一下，如果还没有想出来，请回过头去，认真再看一遍“学会释放CPU”这一章的内容。这个程序作为演示程序是没有什么问题的，但是实际应用的时候，数码管显示的内容经常变化，而且还有很多其它任务需要执行，因此这样的程序在实际中是根本就无法用的，更何况，它这里也调用了delayms(2)这个函数来延时2ms这更是令我们深恶痛绝本章的内容正是探讨如何解决多任务环境下(不带OS)的数码管程序设计的编写问题。理解了其中的思想，无论要求我们显示的形式怎么变化(如数码管闪烁，移位等),我们都可以很方便的解决问题。数码管的显示分为动态显示和静态显示两种。静态显示是每一位数码管都用一片独立的驱动芯片进行驱动。比较常见的有74LS164，74HC595等。利用这类芯片的好处就是可以级联，留给单片机的接口只需要时钟线，数据线，因此比较节省I/O口。如下图所示：利用74LS164级联驱动8个单独的数码管静态显示的优点是程序编写简单。但是由于涉及到的驱动芯片数量比较多，同时考虑到PCB的布线等等因素，在低成本要求的开发环境下，单纯的静态驱动并不合适。这个时候就可以考虑到动态驱动了。动态驱动的图如下所示(以EE21开发板为例)由上图可以看出。8个数码管的段码由一个单独的74HC573驱动。同时每一个数码管的公共端连接在另外一个74HC573的输出上。当送出第一位数码管的段码内容时候，同时选通第一位数码管的位选，此时，第一位数码管就显示出相应的内容了。一段时间之后，送出第二位数码管段码的内容，选通第二位数码管的位选，这时显示的内容就变成第二位数码管的内容了……依次循环下去，就可以看到了所有数码管同时显示了。事实上，任意时刻，只有一位数码管是被点亮的。由于人眼的视觉暂留效应以及数码管的余辉效应，当数码管扫描的频率非常快的时候，人眼已经无法分辨出数码管的变化了，看起来就是同时点亮的。我们假设数码管的扫描频率为50Hz,则完成一轮扫描的时间就是1/50=20ms。我们的系统共有8位数码管，则每一位数码管在一轮扫描周期中点亮的时间为20/8=2.5ms。动态扫描对时间要求有一点点严格，否则，就会有明显的闪烁。假设我们程序中所有任务如下：while(1){LedDisplay();//数码管动态扫描ADProcess();//AD采集处理TimerProcess();//时间相关处理DataProcess();//数据处理}LedDisplay()这个任务的执行时间，如同我们刚才计算的那样，50Hz频率扫描，则该函数执行的时间为20ms。假设ADProcess()这个任务执行的的时间为2ms，TimerProcess()这个函数执行的时间为1ms，DataProcess()这个函数执行的时间为10ms。那么整个主函数执行一遍的总时间为20+2+1+10=33ms。即LedDisplay()这个函数的扫描频率已经不为50Hz了，而是1/33=30.3Hz。这个频率数码管已经可以感觉到闪烁了，因此不符合我们的要求。为什么会出现这种情况呢？我们刚才计算的50Hz是系统只有LedDisplay()这一个任务的时候得出来的结果。当系统添加了其它任务后，当然系统循环执行一次的总时间就增加了。如何解决这种现象了，还是离不开我们第二章所讲的那个思想。系统产生一个2.5ms的时标消息。LedDisplay(),每次接收到这个消息的时候,扫描一位数码管。这样8个时标消息过后，所有的数码管就都被扫描一遍了。可能有朋友会有这样的疑问：ADProcess()以及DataProcess()等函数执行的时间还是需要十几ms啊，在这十几ms的时间里，已经产生好几个2.5ms的时标消息了，这样岂不是漏掉了扫描，显示起来还是会闪烁。能够想到这一点，很不错，这也就是为什么我们要学会释放CPU的原因。对于ADProcess()，TimerProcess()，DataProcess()，等任务我们依旧要采取此方法对CPU进行释放，使其执行的时间尽可能短暂，关于如何做到这一点，在以后的讲解如何设计多任务程序设计的时候会讲解到。下面我们基于此思路开始编写具体的程序。首先编写Timer.c文件。该文件中主要为系统提供时间相关的服务。必要的头文件包含。#includereg52.h#includeMacroAndConst.h为了方便计算，我们取数码管扫描一位的时间为2ms。设置定时器0为2ms中断一次。同时声明一个位变量，作为2ms时标消息的标志bitg_bSystemTime2Ms=0;//2msLED动态扫描时标消息初始化定时器0voidTimer0Init(void){TMOD&=0xf0;TMOD|=0x01;//定时器0工作方式1TH0=0xf8;//定时器初始值TL0=0xcc;TR0=1;ET0=1;}在定时器0中断处理程序中，设置时标消息。voidTime0Isr(void)interrupt1{TH0=0xf8;//定时器重新赋初值TL0=0xcc;g_bSystemTime2Ms=1;//2MS时标标志位置位}然后我们开始编写数码管的动态扫描函数。新建一个C源文件，并包含相应的头文件。#includereg52.h#includeMacroAndConst.h#includeTimer.h先开辟一个数码管显示的缓冲区。动态扫描函数负责从这个缓冲区中取出数据，并扫描显示。而其它函数则可以修改该缓冲区，从而改变显示的内容。uint8g_u8LedDisplayBuffer[8]={0};//显示缓冲区然后定义共阳数码管的段码表以及相应的硬件端口连接。codeuint8g_u8LedDisplayCode[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0xbf,//'-'号代码};sbitio_led_seg_cs=P1^4;sbitio_led_bit_cs=P1^5;#defineLED_PORTP0再分别编写送数码管段码函数，以及位选通函数。staticvoidSendLedSegData(uint8dat){LED_PORT=dat;io_led_seg_cs=1;//开段码锁存,送段码数据io_led_seg_cs=0;}staticvoidSendLedBitData(uint8dat){uint8temp;temp=(0x01dat);//根据要选通的位计算出位码LED_PORT=temp;io_led_bit_cs=1;//开位码锁存,送位码数据io_led_bit_cs=0;}下面的核心就是如何编写动态扫描函数了。如下所示：voidLedDisplay(uint8*pBuffer){staticuint8s_LedDisPos=0;if(g_bSystemTime2Ms){g_bSystemTime2Ms=0;SendLedBitData(8);//消隐，只需要设置位选不为0~7即可if(pBuffer[s_LedDisPos]=='-')//显示'-'号{SendLedSegData(g_u8LedDisplayCode[16]);}else{SendLedSegData(g_u8LedDisplayCode[pBuffer[s_LedDisPos]]);}SendLedBitData(s_LedDisPos);if(++s_LedDisPos7){s_LedDisPos=0;}}}函数内部定义一个静态的变量s_LedDisPos，用来表示扫描数码管的位置。每当我们执行该函数一次的时候，s_LedDisPos的值会自加1，表示下次扫描下一个数码管。然后判断g_bSystemTime2Ms时标消息是否到了。如果到了，就开始执行相关扫描，否则就直接跳出函数。SendLedBitData(8);的作用是消隐。因为我们的系统的段选和位选是共用P0口的。在送段码之前，必须先关掉位选，否则，因为上次位选是选通的，在送段码的时候会造成相应数码管的点亮，尽管这个时间很短暂。但是因为我们的数码管是不断扫描的，所以看起来还是会有些微微亮。为了消除这种影响，就有必要再送段码数据之前关掉位选。if(pBuffer[s_LedDisPos]=='-')//显示'-'号这行语句是为了显示’-’符号特意加上去的，大家可以看到在定义数码管的段码表的时候，我多加了一个字节的代码0xbf：codeuint8g_u8LedDisplayCode[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0xbf,//'-'号代码};通过SendLedSegData(g_u8LedDisplayCode[pBuffer[s_LedDisPos]]);送出相应的段码数据后，然后通过SendLedBitData(s_LedDisPos);打开相应的位选。这样对应的数码管就被点亮了。if(++s_LedDisPos7){s_LedDisPos=0;}然后s_LedDisPos自加1，以便下次执行本函数时，扫描下一个数码管。因为我们的系统共有8个数码管，所以当s_LedDisPos7后，要对其进行清0。否则，没有任何一个数码管被选中。这也是为什么我们可以用SendLedBitData(8);//消隐，只需要设置位选不为0~7即可对数码管进行消隐操作的原因。下面我们来编写相应的主函数，并实现数码管上面类似时钟的效果，如显示10-20-30即10点20分30秒。Main.c#includereg52.h#includeMacroAndConst.h#includeTimer.h#includeLed7Seg.hsbitio_led=P1^6;voidmain(void){io_led=0;//发光二极管与数码管共用P0口,这里禁止掉发光二极管的锁存输出Timer0Init();g_u8LedDisplayBuffer[0]=1;g_u8LedDisplayBuffer[1]=0;g_u8LedDisplayBuff