《单片机应用技术（汇编语言）（第二版）》课件 项目四 ＬＥＤ数码管显示器

单片机应用技术（汇编语言）（第二版）全国高级技工学校电气自动化设备安装与维修专业教材161161项目四ＬＥＤ数码管显示器162162任务１数码管静态显示任务2

数码管动态显示163163ＬＥＤ数码管显示器在工业生产中常需将仪器仪表检测出的结果显示出来，体育比赛中也经常需要将比赛时间和结果进行对外显示，面对这些场景一般用ＬＥＤ数码管（以下简称数码管）作为显示设备，如图４－０－１所示。数码管作为人机交互的输出设备被广泛应用于各行各业。本项目将学习用单片机控制数码管显示。图４－０－１数码管显示器ａ）仪表显示器

ｂ）计时显示器164164任务1数码管静态显示165165学习目标１.通过数码管认知学习，会识别数码管结构。２.熟知数码管静态显示工作过程。３.能设计数码管静态显示驱动电路。４.会编写单个数码管的显示程序。５.能与他人分析讨论，发现并解决程序编写和调试问题。166166任务引入在自动化车间中，机械手抓取工件，计数一般采用数码管来显示。本任务要求设计一个数码管显示器，实现间隔１ｓ循环显示０～９功能。本任务需要数码管显示数字。为完成此任务，需学习数码管的结构、静态显示原理、电路连接方法和静态显示编程等相关知识。167167相关知识一、ＬＥＤ数码管１.数码管的结构数码管是一种发光的半导体元器件，其基本单元由ＬＥＤ发光二极管组成。对其相应的引脚输入合适的电流，对应的二极管导通发亮，可以显示出字符。具有显示清晰、亮度高、接口方便、价格便宜等优点。数码管实物图如图４－１－１所示。图４－１－１数码管实物图168168相关知识一、ＬＥＤ数码管１.数码管的结构ＬＥＤ数码管由８只发光二极管组成，其数字显示由７个条形发光二极管（称之为段）形成的“８”字形和小数点ｄｐ组成。数码管的段通常使用字母ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｄｐ来标识。通过控制不同段的发光二极管的导通组合，可以显示出不同的字符。数码管的结构如图４－１－２所示。ａ）引脚排列ｂ）共阴极接法ｃ）共阳极接法图４－１－２数码管的结构169169相关知识一、ＬＥＤ数码管２.数码管工作原理数码管按发光二极管的连接方式不同，可分为共阴极数码管和共阳极数码管。共阴极数码管指将发光二极管的阴极连接在一起组成公共阴极ＣＯＭ接到地。当某一字段的发光二极管阳极为高电平时，相应字段的二极管就点亮，反之将二极管的阳极连接到低电平时，相应的字段就熄灭。共阳极数码管指将发光二极管的阳极连接在一起组成公共阳极ＣＯＭ接到＋５Ｖ。当相应字段的阴极接低电平时，即可点亮相应的字段。如图４－１－２中ｂ、ｃ所示分别为共阴极数码管和共阳极数码管接法。170170相关知识一、ＬＥＤ数码管３.数码管的字形编码要使数码管显示出需要的字符，需要给相应的引脚提供显示该字段的编码（简称段码）电平。数码管字形显示段和段码位的对应关系见表４－１－１，其中Ｄ７～Ｄ０是指数码管显示段接到单片机端口对应引脚。171171相关知识一、ＬＥＤ数码管３.数码管的字形编码如使用共阳极数码管显示，数据０表示对应的字段发光二极管点亮，数据１表示对应的字段发光二极管熄灭；反之，使用共阴极数码管显示，数据０表示对应的字段发光二极管熄灭，数据１表示对应的字段发光二极管点亮。例如，共阳极数码管显示“０”，字形编码应为１１００００００（即Ｃ０Ｈ），如图４－１－３所示点亮字段发光二极管显示“０”；共阴极数码管显示“１”，字形编码应为０００００１１０Ｂ（即０６Ｈ）。图４－１－３数码管显示“０”字符172172相关知识一、ＬＥＤ数码管３.数码管的字形编码173173数码管显示字形与对应段码的关系见表４－１－２。相关知识二、ＬＥＤ数码管静态显示１.数码管的显示方式ＬＥＤ数码管有静态显示和动态显示两种显示方式。本任务主要介绍数码管的静态显示方式，有关动态显示的相关内容参见任务２。静态显示指数码管显示字符时，相应的发光二极管恒定点亮。单片机Ｉ／Ｏ口输出字符段码，数码管即显示出相应的字符并一直保持不变，直到Ｉ／Ｏ口输出新的段码。在静态显示方式下，每个ＬＥＤ数码管的段控制线是独立的，分别接到单片机的８位Ｉ／Ｏ口上，公共端ＣＯＭ连接到＋５Ｖ或地。静态显示方式具有电路结构简单、显示稳定、程序容易编写等优点，缺点是占用单片机的Ｉ／Ｏ口资源较多。174174相关知识二、ＬＥＤ数码管静态显示２.数码管静态显示驱动电路（１）单片机端口直接驱动电路单片机端口直接驱动电路如图４－１－４所示，单片机的Ｉ／Ｏ口通过限流电阻与共阳数码管的引脚相连接。限流电阻的大小选择与发光二极管的限流电阻选择相同，一般为２２０Ω。图４－１－４单片机端口直接驱动电路175175相关知识二、ＬＥＤ数码管静态显示２.数码管静态显示驱动电路（２）锁存器驱动电路由于单片机Ｉ／Ｏ口驱动电流受到限制，采用直接驱动电路控制数码管显示时，会造成单片机功耗增加，负载过重，影响数码管显示亮度。为了克服直接驱动的缺陷，通过采用锁存器驱动电路间接增大数码管驱动电流，保证数码管显示亮度，降低单片机功耗，常用数码管驱动电路。如图４－１－５所示的锁存器驱动电路是单片机Ｉ／Ｏ口通过７４ＬＳ３７３锁存器进行数据锁存，实现数码管静态显示。176176图４－１－５锁存器驱动电路相关知识二、ＬＥＤ数码管静态显示３.单片机驱动数码管静态显示编程示例如单片机直接驱动数码管，采用静态显示方式显示字符“１”，则编程如下所示：177177任务2数码管动态显示178178学习目标１.通过学习数码管动态显示原理，会复述数码管动态显示过程。２.会识读数码管驱动电路。３.能设计数码管锁存器驱动电路。４.会编写简单数码管动态显示程序。５.能与他人一起合作学习总结，并分享给其他人。179179任务引入机床设备仪表、计时器等显示界面通常会显示多位数字，往往需要多位数码管作为显示设备。本任务要求设计一个４位数码管显示器，用于计数显示。由于本任务需要显示４个数字，需要用到４个数码管。为了节约成本，简化电路，可选用４位数码管（４位连在一起），采用动态显示方式，利用人眼视觉暂留效应达到稳定不闪烁显示效果，如图４－２－１所示。图４－２－１数码管显示器为完成此任务，需学习数码管动态显示原理、电路连接方法和编程等相关知识。180180相关知识一、数码管动态显示原理数码管动态显示指将所有数码管的段码ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｄｐ分别连接起来作为段选线，如图４－２－２所示。每个数码管的公共极ＣＯＭ作为位选控制端口。动态显示时，段选线上的字形码显示数据由数码管的位选端决定点亮哪一位数码管，单片机轮流控制位选端选通数码管，显示对应位置的字符。由于人眼的视觉暂留效应，人们看到的数码管动态显示为所有数码管都在同时显示不同的字符。【例】采用图４－２－２所示的共阴极数码管显示“１２”。图４－２－２数码管动态显示连接及效果图在动态显示时，每位数码管稳定显示需要的时间约为１ｍｓ～２ｍｓ。动态显示连接电路具有功耗低、占用单片机Ｉ／Ｏ口少等特点。181181相关知识一、数码管动态显示原理首先给段选端送入“１”的字形码，同时给ＤＩＧ１数码管的ＣＯＭ端低电平选通该数码管，给ＤＩＧ２数码管的ＣＯＭ端高电平，则“１”显示在ＤＩＧ１数码管上。经过约２ｍｓ的稳定显示时间后，再给段选端送入“２”的字形码，同时给ＤＩＧ２数码管的ＣＯＭ端低电平选通该数码管，给ＤＩＧ１数码管ＣＯＭ端高电平，则“２”显示在ＤＩＧ２数码管上，再经过约２ｍ稳定显示时间。以此类推，不断循环选通点亮相应的数码管，人眼就会看到稳定显示在数码管上的“１２”。在数码管动态显示过程中，若进行位选切换时没有对上一位数码管显示的内容进行清空，则会导致当前数码管中出现上一位数码管内容的余影，从而使显示模糊，影响整个显示效果。为避免这种现象产生，在动态显示时可编写消隐程序清除余影。消隐程序的设计原理有两个：１.在数码管位选信号切换前，先向段选端传送“不亮”字形码，然后再进行位选切换和正常传递新段码。２.先禁止所有位选信号，将新段码传递后再进行新的位选。182182相关知识二、数码管动态显示驱动电路数码管动态显示具有节省Ｉ／Ｏ口的优点，但与静态显示方式相比，其亮度较低，因此单片机的动态显示需要配备合适的驱动电路。当数码管的段电流较小时，可以直接使用单片机端口直接驱动电路；当数码管公共端的电流较大时，需要外接驱动电路来提高数码管显示亮度，常采用锁存器驱动电路。图４－２－３

２位数码管锁存器驱动电路框图如图４－２－３所示为２位数码管锁存器驱动电路框图，单片机输出的段码数据和位码数据通过７４ＬＳ３７３锁存器驱动数码管。183183相关知识三、数码管动态显示编程示例在图４－２－３驱动电路框图中，若单片机Ｐ１连接位码锁存器驱动电路，Ｐ２连接段码锁存器驱动电路，共阳极数码管采用动态扫描方式显示“１２”。编程时，在动态显示过程中需添加消隐程序，以避免显示混乱。参考程序如下：184184相关知识四、十进制权位分解数码管显示十进制数字中，需要对存储单元中数值按照“个、十、百”的十进制权位分解出来，再送到数码管显示。这通常要运用汇编语言中的除法运算“ＤＩＶＡＢ”来完成。除法指令：ＤＩＶＡＢ功能：两个８位无符号数相除，将被除数Ａ中的８位无符号数除以除数Ｂ中的８位无符号数（Ａ／Ｂ）。指令执行后，商存于Ａ，余数存于Ｂ中。如１３／５，其商是２，余数是３。除法运算后，商２放在Ａ中，余数３放在Ｂ中，ＣＹ和ＯＶ都是０。如果除法前Ｂ中的值是００Ｈ，也就是除数为０，表明除法没有意义，ＯＶ＝１。以Ｒ０中存放十进