第9章输出设备

第9章输出设备10.1发光二极管的应用常用的LED发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。LED参数的意义：（1）允许功耗：允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。（2）最大正向直流电流：允许加的最大的正向直流电流。超过此值会损坏二极管。（3）最大反向电压：所允许加的最大反向电压。超过此值，LED发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境：LED发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，LED发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。19.2发光二极管应用实例9.2.1设计要求用一个开关控制LED灭亮图9.2.1点亮LED电路图9.3流水灯应用实例在做流水灯实例时，我们要考虑LED点亮的时间，亮的时间太长会影响整个过程的速度，但亮的时间过短，则我们眼睛观察不到。所以，点亮LED的延时时间是制作流水灯的关键。延时的方法主要有两种：程序延时和定时中断。在很多情况下，定时器/计数器经常被用作其他用途，这时候就只能用程序延时。9.3.1设计要求如电路图9.3.1所示，P1口上连接8个发光二极管，当P1口管脚输出低电平时，发光二极管点亮。要求：循环移位点亮8位发光二极管，延时方式采样程序延时。图9.3.1流水灯原理电路图9.4数码管应用数码管是单片机控制系统中最常见的外部元件，常用来指示系统采集值、系统存储值或运行的结果。数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。9.4.1数码管概述数码管的结构图9.4.2共阳八段数码管图10.4.3共阴八段数码管9.4.2数码管的驱动方式①静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指数码管的每一个段选线（a~dp）都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用译码锁存器进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多。②动态显示驱动：数码管动态显示驱动是单片机应用中最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制。9.5数码管静态显示应用实例9.5.1设计要求如电路图10.5.1所示，用一个共阳数码管，循环显示数值“0~F”，显示变换时间为1s，由P1口输出要显示的数值。图9.5.1数码管显示电路图9.6数码管动态显示应用实例9.6.1设计要求用C编程，在一个8位8段数码管上动态显示“76543210”，P2口做数码管的位选通控制用，P1口做段码输出用。要求：人眼观察到的每位数码管都为静态形式，不能出现闪烁现象。图9.6.1共阴数码管动态显示电路图9.7SMC1602液晶显示器的应用1、液晶概述液晶（LiquidCrystal）是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始广泛应用在轻薄型显示器上。液晶显示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。LCD通常按照显示字符的行数和列数或液晶点阵的行、列数来命名，如1602表示每行显示16个字符，共显示2行，还有0801、0802、1601等为字符型液晶，只能显示ASCII字符，如数字、大小字母和符号。还有图形液晶如12864，由128行64列组成的点阵。每一个点都可以控制亮灭，从而可以显示图形或汉字。2、SMC1602的介绍1602液晶为5V电压驱动，带背光，可两行显示，每行16个字符，不能显示汉字，内置含128个字符的ASCII字符集字库。其显示有两种形式，一是在液晶的任意位置显示字符；另一个是滚动显示一串字符。3、接口信号说明编号符号引脚编号符号引脚1Vss电源地9D2I/O口2Vdd电源正极10D3I/O口3VL对比度调节11D4I/O口4RS数据/命令12D5I/O口5R/W读/写13D6I/O口6E使能14D7I/O口7D0I/O口15BLA背光+8D1I/O口16BLLK背光-4、基本操作时序读状态输入：RS=L,R/W=H,E=H输出:D0~D7=状态字。读数据输入：RS=H,R/W=H,E=H输出:D0~D7=数据。写指令输入：RS=L,R/W=L,E=H,D0~D7=指令码,E=H输出:无写数据输入：RS=H,R/W=L,E=H,D0~D7=数据,E=H输出:无5、RAM地址映射图控制器内部有80个字节的RAM缓冲区，分2行，向00H—0FH，40H—4FH放数据可显示，写到10H-27H、50H-67H时，被隐藏，使用移屏指令移入可显示区域显示。LCD16字2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F102F404142434445464748494A4B4C4D4E4F506F6、状态字说明STA0-STA6：当前地址指针的数值STA7：忙碌位STA7=1忙碌STA7=0空闲只有空闲时，才能对1602进行读写操作STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0注意：原则上每次对控制器进行读写操作之前都必须进行读写检测，以确保STA7=0。但实际上，由于单片机的操作速度慢于液晶控制的反应速度，因此可以不进行读写检测（或只进行较短的延时即可）。7、数据指针设置控制器内部设有一个数据地址指针，用户可以通过它访问内部的全部80个字节的RAM。指令码为：0x80+地址码（00H-27H，40H-67H）8、其他设置指令码功能01H显示清屏，指针清0，所有显示清002H显示回车9、初始化设置（1）显示模式设置指令码0x38功能00111000设置16*2显示，5*7点阵（2）显示开/关及光标设置指令码功能00001DCBD=1开显示D=0关显示C=1显示光标C=0隐藏光标B=1光标闪烁B=0光标不闪烁000001NSN=1地址指针自动加1，N=0地址指针自动减1S=1写一个字符时，整屏左移（N=1）或右移（N=0）S=0写一个字符时，整屏不动00010000光标左移00010100光标右移00011000整屏右移，光标跟随移动00011100整屏左移，光标跟随移动10、读写操作时序1602读操作时序如图9.7.4所示。1602写操作时序如图9.7.5所示。9.81602应用实例9.8.1设计要求使用LCD1602显示两行字符。第一行显示：ILOVEMCS，第二行显示：NEUQ，设置两个按键控制LCD的显示和清屏。图9.8.1LCD1602显示连接电路9.9SMG12864液晶显示器的应用12864是一种图形点阵液晶显示器，可完成图形显示，也可以显示8×4个（16×16点阵）汉字。12864内部结构及工作原理IC3128×64全点阵液晶显示器IC1IC2646464内藏负压电路VEE5DB0~DB7RSTRS,R/W,ECS2CS18312864的基本操作时序12864的读时序图如图9.9.3所示。地址建立时间地址保持时间E脉冲宽度E下降沿地址保持时间数据建立时间数据保持时间有效数据E信号周期RS,CS1,CS2R/WEDB0~DB7E上升沿12864的写时序图图9.9.4所示。地址保持时间E脉冲宽度E下降沿数据建立时间数据保持时间有效数据E信号周期RS,CS1,CS2R/WEDB0~DB7E上升沿地址建立时间9.1012864应用实例9.10.1设计要求用16824滚动显示一行文字“东秦电子创新基地”。图9.10.112864连接原理图9.11直流电机控制1、直流电机的优点（1）调速范围广，且容易平滑调节（2）过载、起动、制动转矩大。（3）易于控制，可靠性强（4）调速时的能量损耗小。所以，调速要求高的场所，如轧钢机、轮船推进器、电车、电气铁道索引、高炉送料、造纸、纺织、吊车、挖掘机等方面，直流电机均得到广泛的应用。2、直流电机的构造分为两部分：定子与转子。定子包括：主磁极、机座、换向极、电刷装置等。转子包括：电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等3、直流电机的工作原理直流电动机的工作原理大致应用了“通电导体在磁场中受力的作用”的原理，励磁线圈两个端线通有相反方向的电流，使整个线圈产生绕轴的扭力，使线圈转动。要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。图9.11.1直流电机工作原理图4.直流电机的参数转矩---电机旋转的力矩kg.m或N.m转矩系数：一般表示每安培点枢电路所产生的转矩大小摩擦转矩：电刷，转轴，换向单元摩擦转矩损失启动转矩：转速：r/min（转/分）电枢电阻，电枢电感，电气时间常数，机械时间常数，转动惯量，反电动势系数，功率密度5、电机的三种调速方法改变磁通改变电压改变转子绕组回路电阻9.12直流电机控制实例9.12.1设计要求如电路图10.12.1所示，使用DAC0832将单片机输出的数据转换成模拟电压，通过调节单片机P2口输出的数值来改变加在直流电动机两端的电压，以此来控制直流电动机的转速。电压表实时显示直流电动机两端当前的电压。要求：使用DAC0832的直通方式进行数模转换便可，且至少用一个按键来控制输出电压的大小（用中断方式来完成电压的改变）。图9.12.1直流电动机连接电路图9.13步进电机控制步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况的下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机送一个脉冲信号，则电机转过一个步距角。由于此线性关系，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等，使其在速度、位置等控制领域得到广泛应用。9.13步进电机控制步进电机按其励磁方式分类，可分为反应式、感应子式和永磁式。其中反应式比较普遍，结构也比较简单，所以在工程上应用较多。步进电机的结构及实物如图9.13.1所示。1、步进电机的控制原理三相反应式步进电机工作原理，如图9.13.2所示。A相通电，B、C相不通电时，由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁引力，转子齿1与A对齐B相通电，C、A相不通电时，齿2与B对齐，此时转子逆时针转过1/6πC相通电，A、B相不通电时，转子再次逆时针转过1/6π然后，A、B、C、A……连续间隔通电，步进电机就会连续逆时针旋转如按C、B、A、C、B……顺序通电，则会顺时针旋转步进电机的定子绕组每改变一次通电状态，就叫“一拍”，通电状态循环改变一周所包含的状态数称为“拍数”（N），转子的齿数用Zr表示，转子的齿与齿之间的角度称为“齿距角”θt；转子每一步转过的角度称为“步距角”θb；则θt=360/Zr,θb=360/(Zr*N)三相步进电机的通电方式有3种:三相单三拍:A-B-C-……C-B-A-……三相双三拍:AB-BC-CA-……AC-CB-BA-……三相六拍:A-AB-B-BC-C-CA-……A-AC-C-CB-B-BA-……由此可知:步进电机的转子位置和转速由导电次数(脉冲数)和脉冲频率成一一对应关系,而方向由导电顺序决定.转速问题步进电机的转速与供电电压关系不大,只与各相绕组的通电和断电的频率有关.电机的转速单位(r/min)n=(60*f)/(Zr*N)Zr为转子的齿数是固定的,N为拍数,确定后也是固定的,那么n只与脉冲的f有关系.9.14步进电机控制实例9.14.1设计要求采用定时中断方式来控制步进机的转速，定时单位时长为1ms。要求：把步进机的速度设置在1、2、3、4四个档位内，1档速度最快，依次递减。要求能够控制步进电机的停、转和方向，并