protues课件-第6讲数码管动态扫描电路的仿真实验

6.1数码管动态扫描电路的原理介绍6.2动态扫描硬件电路的设计6.3软件编程实现动态扫描数码管的显示6.4动态扫描电路在Proteus中的验证6.5实例讲解第六讲数码管动态扫描电路的仿真实验6.1数码管动态扫描电路的原理介绍LED（LightEmittingDiode）数码管应用非常普遍，由发光二极管构成。6.1.1LED数码管的工作原理常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。每一段对应一个发光二极管。这种数码管显示器有共阳极和共阴极两种，如图6-1所示。共阴极LED数码管的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。4图6-18段LED数码管结构及外形共阳极数码管的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应段被显示。为了使LED数码管显示不同的符号或数字，要把某些段的发光二极管点亮，这样就要为LED数码管提供代码，因为这些代码可使LED相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码也称为段码（或称字型码）。5LED数码管共计8段。因此提供给LED数码管的段码（或字型码）正好是一个字节。在使用中，习惯上是以“a”段对应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表10-1所示。

6显示各种字符的8段LED数码管的段码如表10-2所示。除了“8”字型的LED数码管外，市面上还有“±1”型、“米”字型和“点阵”型LED显示器，如图10-2所示。厂家也可根据用户的需要定做特殊字型的数码管。8图6-2其他各种字型的LED显示器6.1.2LED数码管显示器的两种显示方式LED数码管有静态显示和动态显示两种显示方式。91．LED静态显示方式静态显示指无论多少位LED数码管，都同时处于显示状态。电路连接：数码管工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或接+5V）；每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的I/O口锁存器输出相连。如果送往各个LED数码管所显示字符的段码一经确定，则相应I/O口锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。优点：静态显示无闪烁，亮度较高，软件控制比较容易。10工作原理：图6-3为4位LED数码管静态显示器电路，各位可独立显示，只要在该位的段码线上保持段码电平，该位就能保持相应的显示字符。由于各位分别由一8位的数字输出端口控制段码线，故在同一时间里，每一位显示的字符可以各不相同。不足：静态显示方式占用口线较多。如果显示器的数目增多，则需要增加I/O口的数目。11图6-34位LED静态显示的原理电路2．LED动态显示方式当显示位数较多，静态显示所需的I/O口太多，这时常采用动态显示。电路连接：为节省I/O口，通常将所有显示器的段码线的相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，而各位显示位的公共端分别由相应的I/O线控制。图6-4所示为一个4位8段LED动态显示器电路。其中段码线占用一个8位I/O口，而位选控制使用一个I/O口的4位口线。13图6-44位8段LED动态显示的原理电路工作原理：动态显示就是通过段码线向显示器（所有的）输出所要显示字符的段码。每一时刻，只有一位位选线有效，其他各位都无效。逐位地每隔一定时间轮流点亮各位显示器（扫描方式），由于LED数码管的余辉和人眼的“视觉暂留”作用，只要控制好每位显示的时间和间隔，则可以造成“多位同时亮”的假象，达到同时显示的效果。15

LED不同位显示的时间间隔（扫描间隔）应根据实际情况而定。发光二极管从导通到发光有一定的延时，如果导通时间太短，发光太弱，人眼无法看清；时间太长，要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用单片机时间也越多。显示位数增多，也将占用单片机大量时间，因此动态显示的实质是以牺牲单片机时间来换取I/O端口减少。166.2动态扫描硬件电路的设计以8只集成式7段数码管为例，介绍动态扫描电路的设计。在Proteus中，常用的显示器件在Proteus元件拾取对话框中的Optoelectronics类中，如图6-5所示。图6-5显示器件常用的七段显示，元件名的前缀为7SEG-，在用到此类元件时，采取部分查询方法，直接在“Keywords”中输入“7SEG-”即可，根据元件后面的英文说明来选取所需元件。这里我们选取的是8只集成式7段数码管，它分为共阳极和共阴极两种。分别用7SEG-MPX8-CA-BLUE和7SEG-MPX8-CC-BLUE表示，共阳位CA，共阴为CC，MPX后面的数字代表集成x个数码管，BLUE代表数码显示的颜色。数码管显示单个数字如图6-6所示为共阳极数码管。7段数码管有段码和位码两个不同控制端。8个数码管的段码a,b,c,d,e,f,g,dp并联在一起，通过上拉电阻接到了51单片机的P0口，而每一位数码管的位码则通过三极管分别接到51单片机的P2口，其中P2口接三极管的基极，发射极接到数码管的位码选择端。电路符合数码管动态显示的原理。图6-6数码管显示电路6.3软件编程实现动态扫描数码管的显示以图6-6为例，我们要求8只集成式7段数码管依次从左到右显示0~7，每次只有一个数码管显示数字。由原理图可知，图中各数码管的共阳极分别与8只NPN型三极管射极相连，程序运行时，任一时刻仅允许一只数码管的共阳极连接+5V，当向P0端口发送段码时，相应数字会显示在某一只数码管上，依次循环选中8只数码管中的一只时，即可形成滚动显示效果。要在数码管上滚动显示单个数字，任一时刻只需要选通一只数码管，例如，要在最左边数码管上显示数字，对于本例中的共阳数码管，其位引脚（该数码管的共阳极）要设置为1（+5V），由于使用的是NPN三极管，P2.0为1，即P2端口的值为00000001时，第1只三极管导通，对应数码管共阳极连接+5V。同理，如果需要在第3只数码管上显示数字，P2端口的值为00000100.本例将位码初值设为0x80，即10000000，for循环中执行循环左移时，k值将为00000001,00000010,00000100,…,10000000，如此重复。每次段码的发送均与位选通码对应，形成单个数字的循环滚动显示。参考源代码为：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodeDSY_CODE[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//各数字的数码管段码voiddelayMS(uintx)//延时函数{ uchari; while(x--) { for(i=0;i<120;i++); }}参考源代码为：voidmain(){ uchari,k=0x80; while(1) { for(i=0;i<8;i++) { P2=0x00;//关闭显示 k=_crol_(k,1); P0=DSY_CODE[i];//发送数码管段码 P2=k;//发送数码管位码 delayMS(300); } }}6.4动态扫描电路在Proteus中的验证6.4.1Proteus电路设计1.元件清单列表打开ProteusISIS编辑环境，按表6-3所列的清单添加元件

元

件

名

称所

属

类所

属

子

类AT89C51MicroprocessorICs8051FamilyCAPCapacitorsGenericCAP-ELECCapacitorsGenericCRYSTALMiscellaneous－RESResistorsGeneric7SEG-MPX8-CA-BLUEOptoelectronics7-SegmentDisplaysRX8ResistorsResistorPacksNPNTransistorsGeneric表6-3元件清单2.电路原理图元件全部添加后，在ProteusISIS的编辑区域中按图6-7所示的原理图连接硬件电路。图6-7电路原理图3、源程序的添加参照第五讲在Keil中建立工程，添加源程序文件、构建.hex文件，加载目标代码，进入调试环境后执行程序，观察动态显示的过程，如图6-8所示。图6-8电路运行过程6.5实例讲解参照之前的例子，我们修改下电路和程序，要求8只集成式7段数码管同时显示多个不同的字符，例如同时显示1~8。分析：对于集成式数码管，任何时候发送的段码会被所有数码管收到，如果本例中所有共阳数码管的位码均为1（0xff），则所有数码管都会显示同一字符。为了使不同数码管显示不同字符，可以使用集成式多位数码管常用的动态扫描显示技术，它利用了人的视觉暂留特征，选通第1只数码管时，发送1的段码；选通第2只数码管时，发送2的段码；依次类推。每次仅选通一只数码管，发送对应的段码，每次切换选通下一数码管并发送相应段码的时间间隔非常短，视觉惰性使人感觉不到字符是一个接一个显示在不同数码管上的，反而会觉得所有字符很稳定地同时显示在不同数码管上。本例相对前面的例子，相类似的是在数码管的不同位置逐个显示不同字符，只是切换速度大大增加了。要注意全屏的扫描频率要高于视觉暂留频率16-20Hz。可以参考以下的电路原理图6-9.图6-9参考电路图1