单片机教学 第二三课

常用接口电路及其编程
LED数码显示器的连接与编程
　
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
; 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）
数据位D7D6D5D4D3D2D1D0字形码
笔段位ABCDEFGH
00000001103H
1100111119FH
20010011127H
3000011010DH
41001100199H
50100100149H
60100000141H
7000111111FH
80000000101H
90000100109H

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。