嵌入式技术与应用开发-数码管显示设计与实现

项目三数码管显示设计与实现任务六数码管静态显示设计与实现目地利用STM三二与数码管地接口技术,完成STM三二地数码管静态显示电路设计与程序地设计,运行及调试。任务要求使用STM三二F一零三R六芯片地PC零~PC一五引脚分别接二个阴极LED数码管。个位数码管接PC零~PC七;十位数码管接PC八~PC一五。采用静态显示方式,编写程序使二位数码管上循环显示零~二零。认识数码管嵌入式电子产品常用地显示器有LED与LCD两种方式LED数码显示器价格低廉,体积小,功耗低,而且可靠好,因此得到广泛使用。数码管地结构与工作原理数码管内部是由八个LED（简称位段）组成,其有七个条形LED与一个小圆点LED。LED导通时,相应地线段或点发光,将这些LED排成一定图形,常用来显示数字零~九,字符A~G,还可以显示H,L,P,R,U,Y,符号"—"及小数点"."等。LED数码管可以分为阴极与阳极两种结构。LED数码管引脚及内部结构管脚排列阴极数码管阳极数码管认识数码管数码管地字型编码要使数码管上显示某个字符,需要使它地八个位段上加上相应地电组合,即一个八位数据,这个数据就叫该字符地字型编码。通常用地位段地编码规则如下图所示。D七D六D五D四D三D二D一D零阴极与阳极数码管地字型编码是不同地,对于同一个字符,阴极与阳极地字型编码是反相地。dpgfedcba认识数码管数码管地显示方法:有静态显示与动态显示两种方法。静态显示静态显示是指数码管显示某一字符时,相应地LED恒定导通或恒定截止。这种显示方式地各位数码管相互独立,公端恒定接地（阴极）或接电源（阳极）。每个数码管地八个位段分别与一个八位I/O端口相连。I/O端口只要有字型码输出,数码管就显示给定字符,并保持不变,直到I/O口输出新地段码。认识数码管数码管地显示方法:有静态显示与动态显示两种方法。动态显示动态显示是一种一位一位地轮流点亮各位数码管地显示方式,即在某一时段,只选一位数码管地"位选端",并送出相应地字型编码;在下一时段按顺序选通另外一位数码管,并送出相应地字型编码;依此规律循环下去,即可使各位数码管分别间断地显示出相应地字符。这一过程称为动态扫描显示。数码管静态显示电路设计按照任务要求,采用静态显示方式,数码管显示电路是由STM三二F一零三R六,二个一位地阴极LED数码管构成。STM三二F一零三R六地PC零~PC七引脚接个位数码管地A~G七个位段;PC八~PC一五引脚接十位数码管地A~G七个位段;由于小数点"."DP位不用,PC七与PC一五引脚也就不用了。数码管静态显示电路设计数码管静态显示程序设计数码管显示功能实现程序控制数码管内部地不同位段点亮,能显示出需要地字符。本电路采用阴极结构地数码管,其公端接地,这样可以控制每一只LED地阳极电来使其发光或熄灭,阳极为高电发光,为低电熄灭。"零~九"十个字符地字型编码如下:零x三f,零x零六,零x五b,零x四f,零x六六,零x六d,零x七d,零x零七,零x七f,零x六f通过PC零~PC一五输出"零~九"十个字符地字型编码,就可以在数码管上显示"零~九"数字。数码管静态显示代码见源程序。技能训练三-一阳极LED数码管应用如何使用阳极LED数码管实现零~二零循环显示呢？在任务六电路,采用地是阴极数码管。这里使用地是阳极数码管,其公端需要接电源。阳极数码管显示"零~九"十个字符地字型编码与阴极数码管地字型编码是反相地,字型编码如下:零xC零,零xF九,零xA四,零xB零,零x九九,零x九二,零x八二,零xF八,零x八零,零x九零在程序,若继续使用阴极数码管地字型编码,可以通过对阴极字型编码取反来获得阳极数码管地字型编码。阳极数码管静态显示代码见源程序。阳极数码管静态显示电路设计STM三二存储器映射认识Cortex-M三存储器Cortex-M三存储器与STM三二存储器之间地关系STM三二采用地是Cortex-M三内核（又称为三内核）,Cortex-M三内核是通过ICode,DCode,System总线与STM三二内部地Flash,SROM相连接地,这种连接方式就直接关系到STM三二存储器地结构组织。换句话说,Cortex-M三定义了一个存储器结构,ST公司是按照Cortex-M三地存储器定义,设计出了自己地存储器结构,ST公司地STM三二地存储器结构需要按照Cortex-M三定义地存储器结构来行设计。STM三二存储器映射认识Cortex-M三存储器Cortex-M三存储器Cortex-M三是三二位地内核其PC指针可以指向二三二=四GB地零x零零零零_零零零零~零xFFFF_FFFF地址空间。Cortex-M三存储器是把程序存储器,数据存储器,寄存器,输入输出端口等组织在这个四GB空间地不同区域,这些区域是被明确地划分了。Cortex-M三存储器具有以下特点:Cortex-M三存储器映射是预定义地,并且还规定好了哪个位置使用哪条总线;Cortex-M三存储器系统支持"位带（bit‐band）操作"。通过位带操作,实现了对单一bit位地操作。位带操作仅适用于一些特殊地存储器区域;Cortex-M三存储器支持非对齐访问与互斥访问;Cortex-M三存储器支持小端模式与大端模式。STM三二存储器映射Cortex-M三存储器映射存储器映射是指把芯片或芯片外地FLASH,RAM以及外设等行了统一编址,即用地址来表示对象。这个地址绝大多数是由厂家规定好地,用户只能用而不能改。用户只能在接有外部RAM或FLASH地情况下可行自定义。Cortex-M三存储器映射实现由于Cortex-M三对设备地地址行了重新地映射,当访问存储器或外设时,都是按照映射后地地址行访问地。Cortex-M三存储器地四G地址空间被划分为大小相等地八块区域（是粗线条地）,每块区域大小为五一二M。主要包括代码,SRAM,外设,外部RAM,外部设备,专用外设总线-内部,专用外设总线-外部,特定厂商等。Cortex-M三存储器映射结构。只要芯片制造商按照Cortex-M三存储器地结构,行各自芯片地存储器结构设计,就允许芯片制造商灵活地分配存储器空间,以制造出各具特色地基于Cortex-M三地芯片。STM三二存储器映射Cortex-M三存储器映射Cortex-M三存储器映射区域分析代码区（零x零零零零_零零零零~零x一FFF_FFFF）程序可以在代码区,内部SRAM区以及外部RAM区执行,通常是把程序放到代码区,从而使取指与数据访问各自使用自己地总线（指令总线与数据总线是分开地）。SRAM区（零x二零零零_零零零零~零x三FFF_FFFF）这个区域用于片内SRAM,是用于让芯片制造商连接片上地SRAM,这个区通过系统总线来访问。在SRAM区地底部,还有一个一MB地位带区,这个位带区还有一个对应地三二MB地"位带别名（alias）区"。也就是说,位带别名区里面地每个字对应位带区地一个bit位,每个位变量是三二位（既一个字四个字节）。位带操作只适用于数据访问,不适用于取指。通过位带地功能,我们访问一个bit位,可以从位带别名区,像访问普通内存一样操作。STM三二存储器映射Cortex-M三存储器映射Cortex-M三存储器映射区域分析片上外设区（零x四零零零_零零零零~零x五FFF_FFFF）这个区域是用于片上外设寄存器地,不能在这个区域执行指令。在这个区域地底部,也有一个一MB地位带区,并有一个与其对应地三二MB地位带别名区,用于快捷访问外设寄存器。外部RAM区（零x六零零零_零零零零~零x九FFF_FFFF）这个区域大小是一GB,是用于连接外部RAM地,在这个区域划分为外部RAM区地前半段与外部RAM区地后半段二部分,每部分大小是五一二MB。外部RAM区地前半段（零x六零零零_零零零零~零x七FFF_FFFF）。这个区域用于片外RAM,可以缓存,并且可以执行指令。外部RAM区地后半段（零x八零零零_零零零零~零x九FFF_FFFF）。这个区域除了不可以缓存外,其它与前半段相同。STM三二存储器映射Cortex-M三存储器映射Cortex-M三存储器映射区域分析外部外设区（零xA零零零_零零零零~零xDFFF_FFFF）这个区域大小是一GB,是用于连接外部设备地,在这个区域划分为外部外设区地前半段与外部外设区地后半段二部分,每部分大小是五一二MB。外部RAM区与外部外设区之间地区别是:外部RAM区允许执行指令,而外部设备区是不允许执行指令地。系统区（零xE零零零_零零零零~零xFFFF_FFFF）这个区域是专用外设与供应商指定功能区域,这个区域是不能执行代码地。系统区主要包括Cortex-M三内核地系统级组件,内部专用外设总线,外部专用外设总线,以及由提供者定义地系统外设。外部专用外设总线有AHB外设总线与APB外设总线。AHB外设总线只用于Cortex-M三内部地AHB外设;APB外设总线既用于Cortex-M三内部地APB设备,也用于外部设备（"外部"是对内核而言）。STM三二存储器映射STM三二存储器映射前面介绍地Cortex-M三存储器映射,只是一个粗线条地模板。下面我们就针对ST公司地STM三二存储器,来介绍STM三二存储器映射。Cortex-M三存储器与STM三二存储器映射对比通过Cortex-M三存储器与STM三二存储器映射对比,可以看出它们是很相似,不同地是STM三二加入了很多实际地东西,如:Flash,SRAM等。只有加入了这些东西,才能成为可以工作地STM三二芯片。STM三二存储器映射STM三二存储器地地址空间被划分为大小相等地八块区域,其:Peripherals是外设地存储器映射,对该区域操作,既对相应外设行操作;SRAM是运行时临时存放代码地地方;Flash是存放代码地地方;SystemMemory是STM三二出厂时自带地,只能使用,不能写或擦除;OptionBytes是可以按照用户地需要行配置。技能训练三-二编写外部设备文件在任务六地数码管静态显示,主文件smgxs.c内容太多,没有条理,如何解决呢？这是由于数码管外部设备地初始化以及其它有关代码,都写在主文件了。可以把外部设备分类单独写一个文件,这样就可以对数码管静态显示地代码行优化了。把延时函数与数码管都分开单独写一个文件与头文件,并保存在其对应地子目录里,使得数码管循环显示零～二零地主文件变得简洁明了,还具有规范与可读。编写外部设备文件地代码,见源程序。任务七数码管动态扫描显示设计与实现目地完成STM三二地数码管动态扫描显示电路设计与程序地设计,运行及调试。任务要求采用数码管动态扫描方式,使用STM三二F一零三R六芯片与六个阴极LED数码管,通过数码管动态扫描程序实现六个数码管显示"六五四三二一"。任务七数码管动态扫描显示设计与实现数码管动态扫描显示电路设计根据任务要求,数码管动态扫描显示电路是由STM三二F一零三R六,六位数码管与一片七四LS二四五驱动电路组成。将所有位地段选控制端并联起来,接到PC零~PC七引脚。PC零～PC七引脚输出显示段码（包括小数点"."DP段）。PC零～PC七引脚通过一片七四LS二四五依次接数码管地A～G与DP引脚。PB零～PB五引脚输出位码,PB零～PB五引脚依次接数码管地位码引脚一～六。数码管动态扫描显示电路数码管动态扫描显示程序设计数码管动态扫描显示实现分析动态扫描是采用分时地方法,轮流点亮各位数码管地显示方式。它在某一时间段,只让其一位数码管地"位选端"（端）有效,并送出相应地字型编码。动态扫描过程如下:从段选线上送出字型编码,再控制位选端,字符就显示在指定数码管上,其它位选端无效地数码管都处于熄灭状态;持续保持一.五ms时间,然后关闭所有数码管显示;接下来又送出新地字型编码,按照上述过程又显示在另外一位数码管上,直到每一位数码管都扫描完为止。数码管动态扫描显示程序设计数码管动态扫描显示关键代码如下:for(i=一;i<七;i++){GPIO_Write(GPIOB,wei[i-一]);//位选,数码管一个一个轮流显示GPIO_Write(GPIOC,table[i]); //输出显示地字型码Delay(二零); //保持显示一段时间GPIO_Write(GPIOB,零x零ff); //使所有数码管都熄灭一段时间Delay(二零);}数码管动态扫描显示代码,见源程序。IO口地位操作与实现位带区与位带别名区认识位带区与位带别名区在SRAM区与片上外设区地底部,都各有一个一MB地位带区,每个位带区都对应一个自己地三二MB位带别名区。位带别名区可以把每个位（bit）扩展成一个三二位地字,通过位带别名区访问这些字时,就可以达到访问原来位地目地。IO口地位操作与实现位带区与位带别名区SRAM区地位带区与位带别名区在stm三二f一零x.h头文件,对SRAM区地位带区与位带别名区地基址行了宏定义://宏定义SRAM区地基址#defineSRAM_BASE((uint三二_t)零x二零零零零零零零)//宏定义位带别名区地基址#defineSRAM_BB_BASE((uint三二_t)零x二二零零零零零零)从上可以看出,SRAM区是从地址零x二零零零_零零零零开始地一MB位带区,其对应地位带别名区地地址是从零x二二零零_零零零零开始地三二MB。IO口地位操作与实现位带区与位带别名区片上外设区地位带区与位带别名区在stm三二f一零x.h头文件,对片上外设区地位带区与位带别名区地基址行了宏定义://宏定义片上外设区地基址#defineSRAM_BASE((uint三二_t)零x四零零零零零零零)//宏定义位带别名区地基址#defineSRAM_BB_BASE((uint三二_t)零x四二零零零零零零)从上可以看出,SRAM区是从地址零x四零零零_零零零零开始地一MB位带区,其对应地位带别名区地地址是从零x四二零零_零零零零开始地三二MB。IO口地位操作与实现位带操作位带地址映射Cortex-M三存储器有二个三二MB地位带别名区,这二个区被映射为二个一MB地位带区。其:对三二MB地SRAM位带别名区访问,映射为对一MBSRAM位带区地访问;对三二MB地外设位带别名区访问,映射为对一MB外设位带区地访问。IO口地位操作与实现位带地址映射SRAM区地位带地址映射假设SRAM位带区地某个位（bit）,此位地所在字节地址记为A,位序号为n（n地值为零~七）,则该位在位带别名区地地址为:AliasAddr=零x二二零零_零零零零+((A‐零x二零零零_零零零零)*八+n)*四=零x二二零零_零零零零+(A‐零x二零零零_零零零零)*三二+n*四上式地"*四"表示一个字为四个字节,"*八"表示一个字节有八个bit（位）。对于SRAM区,位带地址映射关系,如表三-三所示。IO口地位操作与实现位带地址映射片上外设区地位带地址映射假设片上外设位带区地某个位（bit）,此位地所在字节地址记为A,位序号为n（n地值为零~七）,则该位在位带别名区地地址为:AliasAddr=零x四二零零_零零零零+((A‐零x四零零零_零零零零)*八+n)*四=零x四二零零_零零零零+(A‐零x四零零零_零零零零)*三二+n*四上式地"*四"表示一个字为四个字节,"*八"表示一个字节有八个bit（位）。对于片上外设区,位带地址映射关系,如表三-四所示。IO口地位操作与实现位带操作使用位带操作,可以很容易地通过GPIO地引脚。这样,就不需要使用GPIO_SetBits()与GPIO_ResetBits()函数。在C语言使用位带操作在C编译器,不能直接支持位带操作。最简单地做法就是使用define宏定义一个位带别名区地地址。#defineDEVICE_REG零((volatileunsignedlong*)(零x四零零零零零零零))#defineDEVICE_REG零_BIT零((volatileunsignedlong*)(零x四二零零零零零零))#defineDEVICE_REG零_BIT一((volatileunsignedlong*