工作模块3 数码管的显示控制（课件）-《单片机技术应用》同步教学（人大版）

工作模块3---数码管显示控制 同学们，大家好！上一讲我们学习了矩阵键盘识别原理，并绘制了接口电路，今天我们利用矩阵键盘实现数字键盘的功能 1 情境导入 在乘坐电梯时，到了目标楼层，就会有一个电子显示器件显示当前楼层，这个就是数码管，如图3.1所示。在家中或者办公室中，会使用一个电子时钟显示当前时间，这个显示器件也是数码管，如图3.2所示。许多场合，都会用到数码管来显示数字，有时用到1个，有时用到多个。当走上电子技术员或者单片机工程师工作岗位后，也会经常用到数码管，学习单片机控制数码管的显示，有着非常现实的意义。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 内容图谱 矩阵键盘程序设计总体思路：单片机采用编程扫描法来监视键盘的输入，采用反转法获取键值。 具体编程步骤如下： 任务描述 某电子科技有限公司要生产一批计算器，显示模块采用数码管显示，现在你作为公司技术员，要实现显示模块的开发制作。初期任务是通过单片机控制1位数码管的显示，显示内容是数字从0-9，数字切换的时间间隔是1秒，设计电路原理图，编写程序，并仿真功能。 初级能力：实现单片机控制一位共阳极数码管显示的功能。 高级能力：能够设计单品机驱动共阳极数码管和共阴极数码管的硬件电路，并编写显示程序。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 执行思路 矩阵键盘程序设计总体思路：单片机采用编程扫描法来监视键盘的输入，采用反转法获取键值。 具体编程步骤如下： 实施过程 3-1-1 Proteus ISIS设计电路原理图 共阳极数码管 （1）判别有无键按下； （2）软件延时消抖； （3）再次确认有无键按下； （4）取得键值：反转法或键盘扫描取得闭合键的行、列号，并计算法或 查表法得到键值； （5）松手检测：判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待； （6）键盘处理：将闭合键的键值保存，同时转去执行该闭合键的功能。 下面我们来编程! 实施过程 3-1-1 Proteus ISIS设计电路原理图 序号 元件名称 元件型号 元件参数 1 单片机 AT89C52 2 瓷片电容 CAP 30pF 3 电解电容 CAP-ELEC 22uF 4 晶振 CRTSTAL 12MHZ 5 按键 BUTTON 6 电阻 RES 10k、470 7 排阻 Respack-8 10K 8 数码管 7SEG-MAP1-CA 共阳极数码管 （1）判别有无键按下； （2）软件延时消抖； （3）再次确认有无键按下； （4）取得键值：反转法或键盘扫描取得闭合键的行、列号，并计算法或 查表法得到键值； （5）松手检测：判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待； （6）键盘处理：将闭合键的键值保存，同时转去执行该闭合键的功能。 下面我们来编程! 实施过程 3-1-1 绘制原理图重点 （1）判别有无键按下； （2）软件延时消抖； （3）再次确认有无键按下； （4）取得键值：反转法或键盘扫描取得闭合键的行、列号，并计算法或 查表法得到键值； （5）松手检测：判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待； （6）键盘处理：将闭合键的键值保存，同时转去执行该闭合键的功能。 下面我们来编程! 知识链接 3-1 数码管结构 数码管是一个8字的结构，8字的每个笔划都一个发光二极管，每个笔划称为一个段，因此“8”字一共是7段。在使用过程中还经常会用到小数点，加上小数点，其实是8段的数码管。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.1 数码管的结构 数码管的每个段本质都是一个发光二极管，而每个发光二极管分别有阳极和阴极，因此，数码管根据公共端的不同，可以分成共阴极和共阳极的数码管，如图3.13a,b所示，而且数码管的每个段，都给它一定的编号，分别是a,b,c,d,e,f,g段 ,外加一个dp点字段。一共是8个段，对应数码管的8个引脚，com端有两个引脚，需要接在一起，如图3.12 C所示。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.2 数码管的结构 以共阳极的数码管显示字形2为例，共阳极的数码管，公共端为高电平，需要某个段发光，则需要给相应的段送0，因此如果需要显示2，则可以得到相应的字形码如图3.13所示。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.2 数码管的结构 通过上面的分析，可以很容易得到共阳极数码管对于“2”的字形码为 10100100, 表示为BCD码即为：0xa4; 同理，共阴极数码管的“2”的字形码，即为相应共阳极字形码按位取反得到，即为0x5B，（0xff - 0xa4 = 0x5B）。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 表3-2 LED数码管显示字型码表 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 静态显示方式 每个数码管的段选线必须与一个八位I/O端口相连，公共端恒定接地或电源。静态显示是各位数码管恒定导通或截止。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。 静态显示 知识链接 3.3 数组的使用 具有相同类型的一批数据作为一个整体，叫做数组(Array)，数组均由连续的存储单元组成，数组可以是一维的，也可以是多维的。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.3.1一维数组 1.一维数组的定义 定义形式：类型符 数组名 [常量表达式]; int arr[15]; //类型符：整型数据类型；数组名：arr，元素个数：15 char arr[20];//类型符：字符型数据类型；数组名：arr，元素个数：20 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.3.1一维数组 2.一维数组的初始化 数组初始化时，可以先定义数组再给数组赋值，也可以在定义数组的同时赋值，例如： int a[4] = {20, 45, 400, 22}; 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.3.1一维数组 3.数组的使用 先定义数组，才可以引用数组中的每个元素。数组元素的引用方式∶数组名[数组元素下标]。 disnum[0]=0xc0;disnum[1]=0xf9;disnum[2]=0xa4 也可以是整型表达式 例如b[i];c[6*i] 数组元素下标从0开始，长度为n的数组合法下标取值范围∶0 至n-1。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.3.1一维数组 void main() //主函数 { unsigned char i; int sum,ave,MCU_scores[6]={84,83,89,93,91,60}; sum=0; for(i=0;i<6;i++) //变量i，循环6次 { sum=sum+MCU_scores[i]; } Ave=sum/15; } } 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.3.2二维数组 1.二维数组的定义 类型说明符 数组名[ 常量表达式][ 常量表达式]; int a[3][4]; 表示定义了 3 行 4 列总共有 12 个元素的数组 a。这 12 个元素的名字依次是：a[0][0]、a[0][1]、a[0][2]、a[0][3]；a[1][0]、a[1][1]、a[1][2]、a[1][3]；a[2][0]、a[2][1]、a[2][2]、a[2][3]。。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.3.2二维数组 2.二维数组初始化 1) 分行给二维数组赋初值。 int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}}; 2) 也可以将所有数据写在一个花括号内，按数组排列的顺序对各元素赋初值。比如 int a[3][4] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12}; 3) 也可以只对部分元素赋初值。比如： int a[3][4] = {{1, 2}, {5}, {9}}; 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.3.2二维数组 3.二维数组的使用 二维数组有行和列，数组的元素也是一个一个的输出。在一维数组中是用一个 for 循环进行输出，而二维数组元素的输出要使用两个 for 循环嵌套。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.3.3字符数组 1.字符数组 用来存放字符的数组称为字符数组， char a[10]; //一维字符数组 char b[5][10]; //二维字符数组 char c[20]={'c', ' ', 'p', 'r', 'o', 'g', 'r', 'a','m'}; // 给部分数组元素赋值 char d[]={'c', ' ', 'p', 'r', 'o', 'g', 'r', 'a', 'm' }; //对全体元素赋值时可以省去长度 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.3.3字符数组 1.字符数组 C语言规定，可以将字符串直接赋值给字符数组 char str[10] = {"abcdefg"}; 或者char str[10] = "abcdefg"; 数组第 0 个元素为'a'，第 1 个元素为'b'，第 2 个元素为'c'，后面的元素以此类推。为了方便，也可以不指定数组长度。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.3.3字符数组 2.字符串数组 字符串是一系列连续的字符的组合，字符串总是以'\0'空字符作为结尾，所以'\0'也被称为字符串结束标志，或者字符串结束符。该字符既不能显示，也没有控制功能。 例如，"abc123"从表面看起来只包含了 6 个字符，其实不然，C语言会在最后隐式地添加一个'\0'，这个过程是在后台默默地进行的。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 实施过程 3-1-2 一位数码管显示参考程序 #include<reg51.h> //头文件 #define uchar unsigned char //定义常量uchar #define uint unsigned int //定义常量uint uchar code disnum[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //code是把数组存储在程序存储区，这是共阳极数码管从0-9的字形编码 void delay(unsigned int i) //函数定义 { unsigned int j,k; //定义无符号整型变量j和k for(k=0;k<i;k++) //双重for循环语句实现延时 for(j=0;j<125;j++); } void main() //主函数 { uchar i; for(i=0;i<10;i++) //变量i，循环10次 { P0=disnum[i]; delay(1000); } } P0=disnum[i]；语句是把数组disnum中的每一个元素赋值给P0，数码管的每一段是LED灯，把不同位置的LED灯点亮，就会构成要显示的数字。 （1）判别有无键按下； （2）软件延时消抖； （3）再次确认有无键按下； （4）取得键值：反转法或键盘扫描取得闭合键的行、列号，并计算法或 查表法得到键值； （5）松手检测：判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待； （6）键盘处理：将闭合键的键值保存，同时转去执行该闭合键的功能。 下面我们来编程! 实施过程 3-1-2 一位数码管显示参考程序 #include<reg51.h> //头文件 #define uchar unsigned char //定义常量uchar #define uint unsigned int //定义常量uint uchar code disnum[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //code是把数组存储在程序存储区，这是共阳极数码管从0-9的字形编码 void delay(unsigned int i) //函数定义 { unsigned int j,k; //定义无符号整型变量j和k for(k=0;k<i;k++) //双重for循环语句实现延时 for(j=0;j<125;j++); } void main() //主函数 { uchar i; for(i=0;i<10;i++) //变量i，循环10次 { P0=disnum[i]; delay(1000); } } 定义数组disnum时，前面加上code，是把数组存储在程序存储区，节省数据存储区，但是定义在程序存储区，数组的元素不能更改。 （1）判别有无键按下； （2）软件延时消抖； （3）再次确认有无键按下； （4）取得键值：反转法或键盘扫描取得闭合键的行、列号，并计算法或 查表法得到键值； （5）松手检测：判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待； （6）键盘处理：将闭合键的键值保存，同时转去执行该闭合键的功能。 下面我们来编程! 控制要求：请设计单片机控制共阴极数码管的电路，并编写程序。 扩展任务 我们总结一下今天的学习内容：学习了1. 矩阵键盘的编程扫描法 2.采用反转法进行矩阵键盘键值识别 3.编写了矩阵键盘实现数字键盘的程序 课后作业：1. 请采用定时中断扫描实现数字键盘； 2.请编写获得键值采用扫描法的程序。 共阴极数码管与共阳极数码管硬件电路区别 扩展任务 小贴士：单片机驱动共阴极数码管电路图与共阳极电路图对比，区别有： 1.P0口接了上拉电阻后，数码管的控制引脚不用再接限流电阻； 2.共阴极数码管的型号是7SEG-MPX1-CC； 3.共阴极数码管的公共端接地。 我们总结一下今天的学习内容：学习了1. 矩阵键盘的编程扫描法 2.采用反转法进行矩阵键盘键值识别 3.编写了矩阵键盘实现数字键盘的程序 课后作业：1. 请采用定时中断扫描实现数字键盘； 2.请编写获得键值采用扫描法的程序。 任务3-2描述 通过单片机控制8位数码管的显示，使8位数码管同时稳定显示数字0-7，设计电路原理图，编写程序，并仿真功能。 初级能力：实现本次任务的显示功能。 高级能力：能够设计不同方案的硬件电路，并编写显示不同内容的程序。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 执行思路 思考并设计单片机连接8位数码管的电路，数码管的静态显示无论从电路和程序方面都无法实现8位数码管的控制，探索数码管的动态显示方式，灵活运用C语言的基本语句，编写数码管显示的程序。 矩阵键盘程序设计总体思路：单片机采用编程扫描法来监视键盘的输入，采用反转法获取键值。 具体编程步骤如下： 实施过程 3-2-1 Proteus ISIS设计电路原理图 （1）判别有无键按下； （2）软件延时消抖； （3）再次确认有无键按下； （4）取得键值：反转法或键盘扫描取得闭合键的行、列号，并计算法或 查表法得到键值； （5）松手检测：判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待； （6）键盘处理：将闭合键的键值保存，同时转去执行该闭合键的功能。 下面我们来编程! 知识链接 3.4 数码管动态显示原理 每位数码管都有8根段码线，一根位选线（公共端），按照静态显示的原理，一片STC89C51或者STC89C52RC等单片机，最多只能接4位数码管，当需要控制多位数码管的时候，I/O资源就不够。而在实际生产中，多需要控制多位数码管时，一般采用数码管的动态显示控制方式。。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 3.4 数码管的静态显示 动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。若数码管的数目不大于8位，则控制显示器公共极电位只需8位口（称为位选口），控制各位显示器所显示的字形也需要一个8位口（段选 口）。。 3.4 数码管的静态显示 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 补充：在使用电路板时，为了增加引脚的复用，经常使用74HC573数据锁存芯片 74HC573是8位数据锁存器。 1是低电压激活芯片 2~9脚是数据的输入脚从D0到D7 10脚是接地 11脚是高电压激活芯片 12~19脚是数据的输出脚 20是电源 数据锁存：当输入的数据消失时，在芯片的输出端,数据仍然保持；这个概念在并行数据扩展中经常使用到。 ◆OE：output_enable，输出使能； ◆LE：latch_enable，数据锁存使能，atch是锁存的意思； ◆Dn：第n路输入数据； ◆On：第n路输出数据； 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 补充：在使用电路板时，为了增加引脚的复用功能，经常使用74HC573锁存芯片 74HC573真值表,意思如下： 第一行/第二行：当OE＝0、LE＝1时，输出端数据等于输入端数据； 第三行：当OE＝0、LE＝0时，输出端保持不变； 第四行：当OE＝1是无论Dn、LE为何，输出端为高阻态； 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 补充：在使用电路板时，为了增加引脚的复用功能，经常使用74HC573锁存芯片 高阻态 就是输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗的状态；在这种状态下，可以多个芯片并联输出；但是，这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态，否则会将芯片烧毁。高阻态的概念在RS232和RS422通讯中还可以用到。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 知识链接 74HC573芯片 高阻态 就是输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗的状态；在这种状态下，可以多个芯片并联输出；但是，这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态，否则会将芯片烧毁。高阻态的概念在RS232和RS422通讯中还可以用到。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 实施过程 3-2-2 数码管动态显示程序 （1）判别有无键按下； （2）软件延时消抖； （3）再次确认有无键按下； （4）取得键值：反转法或键盘扫描取得闭合键的行、列号，并计算法或 查表法得到键值； （5）松手检测：判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待； （6）键盘处理：将闭合键的键值保存，同时转去执行该闭合键的功能。 下面我们来编程! 实施过程 3-2-2 数码管动态显示程序 P0=~(0x01<<(i-1))；<<：按位左移运算符，这条语句的功能是把0x01字节依次左移0位，1位，2位直到7位。 （1）判别有无键按下； （2）软件延时消抖； （3）再次确认有无键按下； （4）取得键值：反转法或键盘扫描取得闭合键的行、列号，并计算法或 查表法得到键值； （5）松手检测：判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待； （6）键盘处理：将闭合键的键值保存，同时转去执行该闭合键的功能。 下面我们来编程! 实施过程 3-2-2 数码管动态显示程序 数码管在动态显示时，要点亮一位数码管，段选信号和位选信号要配合，或者同时，或者时间间隔非常短，ms以内。每完成一位数码管显示时，要关一次数码管，可采用对公共端送关显示的信号，即共阳极数码管送0，共阴极数码管送1，否则数码管会将上一个字符显示在下一个字符位置上很短的时间，形成拖影，导致显示效果不好。 （1）判别有无键按下； （2）软件延时消抖； （3）再次确认有无键按下； （4）取得键值：反转法或键盘扫描取得闭合键的行、列号，并计算法或 查表法得到键值； （5）松手检测：判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待； （6）键盘处理：将闭合键的键值保存，同时转去执行该闭合键的功能。 下面我们来编程! 扩展任务 控制要求：请再设计一款控制4位共阳极数码管动态显示的电路，不考虑单片机的引脚复用，并编写同时稳定显示中秋日期“0815”数字的程序。 数码管7SEG-MPX4-CA； 添加74LS245缓冲芯片，可进行数据双向传输，一般用于驱动LED灯或其他设备；添加NPN三极管PN2222（实物可以选择9013） 我们总结一下今天的学习内容：学习了1. 矩阵键盘的编程扫描法 2.采用反转法进行矩阵键盘键值识别 3.编写了矩阵键盘实现数字键盘的程序 课后作业：1. 请采用定时中断扫描实现数字键盘； 2.请编写获得键值采用扫描法的程序。 74HC245数字芯片引脚图 扩展任务 数据缓冲 ：加强驱动能力74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具备数据缓冲的能力。 第1脚DIR（T/R），为输入输出端口转换用，DIR=“1”高电平时信号由“A”端输入“B”端输出，DIR=“0”低电平时信号由“B”端输入“A”端输出。 　 第2~9脚，第11~18脚“A”信号输入输出端，如果IR=“1”OE=“0”则A1输入B1输出，如果DIR=“0”OE=“0”则B1输入A1输出。 第19脚OE，使能端，若该脚为“1”A/B端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。 　　 我们总结一下今天的学习内容：学习了1. 矩阵键盘的编程扫描法 2.采用反转法进行矩阵键盘键值识别 3.编写了矩阵键盘实现数字键盘的程序 课后作业：1. 请采用定时中断扫描实现数字键盘； 2.请编写获得键值采用扫描法的程序。 扩展任务 我们总结一下今天的学习内容：学习了1. 矩阵键盘的编程扫描法 2.采用反转法进行矩阵键盘键值识别 3.编写了矩阵键盘实现数字键盘的程序 课后作业：1. 请采用定时中断扫描实现数字键盘； 2.请编写获得键值采用扫描法的程序。 扩展任务 我们总结一下今天的学习内容：学习了1. 矩阵键盘的编程扫描法 2.采用反转法进行矩阵键盘键值识别 3.编写了矩阵键盘实现数字键盘的程序 课后作业：1. 请采用定时中断扫描实现数字键盘； 2.请编写获得键值采用扫描法的程序。 内容梳理与总结 本工作模块完成了2个任务，介绍了数码管的结构和显示方式。知识点介绍了数组的使用，通过一系列的任务，训练了数码管的控制程序设计方法以及仿真电路的绘制与仿真方法。 要掌握的重点内容包括∶ 数码管的静态显示和动态显示程序编写方法。静态显示时，在数码管的段选线送上字形编码即可；数码管动态显示时，既要考虑段选线，也要考虑位选线。段选线控制数码管显示的字形，位选线控制着数码管的亮与灭。 我们先看矩阵键盘接口电路。P30-P33接行线，P34-P37接列线。 再 见 同学们，大家好！我是主讲教师杨敬娜。上一讲我们学习了矩阵键盘识别原理，并绘制了接口电路，今天我们利用矩阵键盘实现数字键盘的功能 48 $$