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单片机常用接口电路及其编程

时间:2012-02-06 15:13:13

  在单片机系统中,通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点,因此使用非常广泛。
  八段LED显示器
  引入:还记得我们小时候玩的“火柴棒游戏”吗,几根火柴棒组合起来,可以拼成各种各样的图形,LED显示器实际上也是这么一个东西。

   
  八段LED显示器由8个发光二极管组成。基中7个长条形的发光管排列成“日”字形,另一个贺点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用,它能显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式:一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的,称之为共阳极LED显示器;另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的,称之为共阴极LED显示器。如下图所示。`
  共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时,相应的笔划段发亮,由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8个笔划段hgfedcba对应于一个字节(8位)的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。例如,对于共阴LED显示器,当公共阴极接地(为零电平),而阳极hgfedcba各段为0111011时,显示器显示"P"字符,即对于共阴极LED显示器,“P”字符的字形码是73H。如果是共阳LED显示器,公共阳极接高电平,显示“P”字符的字形代码应为10001100(8CH)。这里必须注意的是:很多产品为方便接线,常不按规则的方法去对应字段与位的关系,这时字形码就必须根据接线来自行设计了,后面我们会给出一个例子。
  静态显示接口
  在单片机应用系统中,显示器显示常用两种方法:静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示,就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路,就不用管它了,直到要显示新的数据时,再发送新的字形码,因此,使用这种方法单片机中CPU的开销小。可以提供单独锁存的I/O接口电路很多,这里以常用的串并转换电路74LS164为例,介绍一种常用静态显示电路,以使大家对静态显示有一定的了解。
  MCS-51单片机串行口方式押为移们寄存器方式,外接6片74LS164作为6位LED显示器的静态显示接口,把8031的RXD作为数据输出线,TXD作为移位时钟脉冲。74LS164为TTL单向8位移位寄存器,可实现串行输入,并行输出。其中A、B(第1、2脚)为串行数据输入端,2个引脚按逻辑与运算规律输入信号,公一个输入信号时可并接。T(第8脚)为时钟输入端,可连接到串行口的TXD端。每一个时钟信号的上升沿加到T端时,移位寄存器移一位,8个时钟脉冲过后,8位二进制数全部移入74LS164中。R(第9脚)为复位端,当R=0时,移位寄存器各位复0,只有当R=1时,时钟脉冲才起作用。Q1…Q8(第3-6和10-13引脚)并行输出端分别接LED显示器的hg---a各段对应的引脚上。关于74LS164还可以作如下的介绍:所谓时钟脉冲端,其实就是需要高、低、高、低的脉冲,不管这个脉冲是怎么来的,比如,我们用根电线,一端接T,一端用手拿着,分别接高电平、低电平,那也是给出时钟脉冲,在74LS164获得时钟脉冲的瞬间(再讲清楚点,是在脉冲的沿),如果数据输入端(第1,2引脚)是高电平,则就会有一个1进入到74LS164的内部,如果数据输入端是低电平,则就会有一个0进入其内部。在给出了8个脉冲后,最先进入74LS164的第一个数据到达了最高位,然后再来一个脉冲会有什么发生呢?再来一个脉冲,第一个脉冲就会从最高位移出,就象车站排队买票,栏杆就那么长,要从后面进去一个人,前面必须要从前面走出去一个人才行。
  搞清了这一点,下面让我们来看电路,6片7LS164首尾相串,而时钟端则接在一起,这样,当输入8个脉冲时,从单片机RXD端输出的数据就进入到了第一片74LS164中了,而当第二个8个脉冲到来后,这个数据就进入了第二片74LS164,而新的数据则进入了第一片74LS164,这样,当第六个8个脉冲完成后,首次送出的数据被送到了最左面的164中,其他数据依次出现在第一、二、三、四、五片74LS164中。有个问题,在第一个脉冲到来时,除了第一片74LS164中接收数据外,其他各片在干吗呢?它们也在接收数据,因为它们的时钟端都是被接在一起的,可是数据还没有送到其他各片呢,它们在接收什么数据呢?。。。。。。其实所谓数据不过是一种说法而已,实际就是电平的高低,当第一个脉冲到来时,第一片164固然是从单片机接收数据了,而其它各片也接到前一片的Q8上,而Q8是一根电线,在数字电路中它只可能有两种状态:低电平或高电平,也就是“0”和“1”。所以它的下一片74LS164也相当于是在接收数据啊。只是接收的全部是0或1而已。这个问题放在这儿说明,可能有朋友不屑一顾,而有的朋友可能还是不清楚,这实际上涉及到数的本质的问题,如果不懂的,请仔细思考,并找一些数字电路的数,理解164的工作原理,再来看这个问题,或者去看看我的另一篇文章《初学单片机易掌握的概念》。务必搞懂,搞懂了这一点,你的级别就高过初学者,可谓入门者了。

   
  入口:把要显示的数分别放在显示缓冲区60H-65H共6个单元中,并且分别对应各个数码管LED0-LED5。
  出口:将预置在显示缓冲区中的6个数成相应的显示字形码,然后输出到显示器中显示。
  显示程序如下:
  DISP: MOV SCON,#00H ;初始化串行口方式0
  MOV R1,#06H ;显示6位数
  MOV R0,#65H ;60H-65H为显示缓冲区
  MOV DPTR,#SEGTAB ;字形表的入口地址
  LOOP:
  MOV A,@R0 ;取最高位的待显示数据
  MOVC A,@A+DPTR ;查表获取字形码
  MOV SBUF,A ;送串口显示
  DELAY: JNB TI,DELAY ;等待发送完毕
  CLR TI ;清发送标志
  DEC R0 ;指针下移一位,准备取下一个待显示数
  DJNZ R1,LOOP ;直到6个数据全显示完。
  RET
  SETTAB: ;字形表,前面有介绍,以后我们再介绍字形表的制作。
  DB 03H 9FH 27H 0DH 99H 49H 41H 1FH 01H 09H 0FFH
  ; #9; 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 消隐码
  测试用主程序
  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 $
  如果按图示数码管排列,则以上主程序将显示的是543210,想想看,如果要显示012345该怎样送数?
  下面我们来分析一下字形表的制作问题。先就上述“标准”的图形来看吧。写出数据位和字形的对应关系并列一个表如下(设为共阳型,也就是相应的输出位为0时笔段亮)

   
  如何,字形表会做了吧,就是这样列个表格,根据要求(0亮或1亮)写出相应位的0和1,就成了。做个练习,写出A-F的字形码吧。
  如果为了接线方便而打乱了接线的顺序,那么字形表又该如何接呢?也很简单,一样地列表啊。以新实验板为例,共阳型。接线如下:
  P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
  C E H D G F A B
  则字形码如下所示:
  ;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
  作为练习,大家写出A-F的字形代码。
  本来这里是讲解显示器的静态接口的,到此应当可算结束了,但是我还想接着上面讲到的数的本质的问题再谈一点。单片机中有一些术语、名词本来是帮助我们理解事物的,但有时我们会被这些术语的相关语义所迷惑,以致不能进一步认清他们的本质,由此往往陷入困惑的境界。只有深入地了解了74LS164的工作特性,才能真正理解何谓串行的数据。有兴趣的朋友还可以再看看我网站上“其他资料”中的“银行利率屏的设计”一文。

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