搜索
单片机与嵌入式系统MCUandEmbeddedSystemDoneisbetterthanperfect.比完美更重要的是完成。—FACEBOOK2019年12月29日•教学内容第七章单片机外部扩展资源及应用2第七章单片机外部扩展资源及应用7.1单片机外部扩展概述7.2单片机外部存储器的扩展7.3单片机外部键盘的扩展7.4单片机外部LED数码显示器的扩展7.5单片机外部A/D转换器的扩展主要内容：•LED数码显示器的结构与原理•LED静态显示接口及应用•LED动态显示接口及应用7.4单片机外部LED数码显示器的扩展3第六章80C51单片机内嵌外设及应用•LED数码显示器的结构与原理–LED及其工作参数LED(LightEmitingDiode)：发光二极管7.4单片机外部LED数码显示器的扩展4第七章单片机外部扩展资源及应用普通二极管电流IF/mALED发光二极管50.71.2电压VF/V6.0外加正向电压小于正向阈值电压时，LED不导通；当外加电压大于正向阈值电压时，LED导通，同时发光。LED二极管的正向导通电压比普通二极管大，具体数值与LED材料有关。•LED数码显示器的结构与原理–LED及其工作参数LED(LightEmitingDiode)：发光二极管7.4单片机外部LED数码显示器的扩展5第七章单片机外部扩展资源及应用限流电阻，控制流过LED的电流+5V电源正向导通发光，反向截止熄灭工作电流5~20mA，最大不能超过50mA压降1.2~2.5V之间接单片机I/O引脚，引脚输出低电平时，发光二级管导通•LED数码显示器的结构与原理–LED数码显示器的结构LED数码显示器：又称数码管，是由发光二极管组成的发光器件，可以用来显示数字、字符等，在家电及工业控制领域有着很广泛的应用，例如用来显示温度、数量、重量、日期、时间等，具有显示醒目、直观的优点。7.4单片机外部LED数码显示器的扩展6第七章单片机外部扩展资源及应用•LED数码显示器的结构与原理–LED数码显示器的结构单个LED数码管内部由7个独立的条形发光二极管(排列成“日”字形)和1个小圆点发光二极管(可作为小数点)组成，根据各发光二极管(称为“段”)的亮灭组成数字或字符。每段的亮灭均可单独控制。7.4单片机外部LED数码显示器的扩展7第七章单片机外部扩展资源及应用8个独立的LED发光二极管abcdefghCOMCOMabcdefgh＋－＋－共阴：阴极并联共阳：阳极并联abcdefgh为了方便地控制数码管的每个段，相应地将数码管的每个段分别命名为a~h。在实际应用中，一般会将数码管8个LED的阳极或者阴极并联在一起。由此可见，一个数码管至少有9个输入端，其中a~h被定义为“段选端”，并联在一起的公共端com被定义为“位选端”。•LED数码显示器的结构与原理–LED数码显示器的显示原理通过控制“段”的发光与熄灭，数码管可以显示数字和一些字母符号：7.4单片机外部LED数码显示器的扩展8第七章单片机外部扩展资源及应用abcdefghGND＋－共阴极数码管共阴极数码管段发光：位选端输入低电平0；段选端输入高电平1。abcdefghCOM10000000•LED数码显示器的结构与原理–LED数码显示器的显示原理通过控制“段”的发光与熄灭，数码管可以显示数字和一些字母符号：7.4单片机外部LED数码显示器的扩展9第七章单片机外部扩展资源及应用+5Vabcdefgh＋－共阳极数码管abcdefgh共阳极数码管段发光：位选端输入高电平1；段选端输入低电平0。COM10000000•LED数码显示器的结构与原理–LED数码显示器的显示原理例：共阴极数码管显示数字“2”：7.4单片机外部LED数码显示器的扩展10第七章单片机外部扩展资源及应用abcdefghGND＋－共阴极数码管abcdefgh11011010a段码：01011011(5BH)+5Vabcdefgh＋－共阳极数码管00100101段码：10100100(A4H)•LED数码显示器的结构与原理–LED数码显示器的显示字符及码表7.4单片机外部LED数码显示器的扩展11第七章单片机外部扩展资源及应用•LED数码显示器的结构与原理–1位LED数码显示器的引脚结构市售的LED数码管尺寸、颜色多样，常见1位LED数码管有10个引脚，排列如下：7.4单片机外部LED数码显示器的扩展12第七章单片机外部扩展资源及应用其中3脚、8脚为公共端(位选端)，根据内部发光二极管的接线形式可分为共阴极(CommonCathode，CC)和共阳极(CommonAnode，CA)两种类型。•LED数码显示器的结构与原理–1位共阳LED数码显示器的接口电路7.4单片机外部LED数码显示器的扩展13第七章单片机外部扩展资源及应用使用1位共阳极LED数码管时，公共端(位选端)接电源电压；段选端通过1kΩ限流电阻接单片机I/O口。用单片机的I/O口控制每段LED的亮灭。通过程序从I/O口输出待显示字符的段码。•LED数码显示器的结构与原理–1位共阴LED数码显示器的接口电路7.4单片机外部LED数码显示器的扩展14第七章单片机外部扩展资源及应用使用1位共阴极LED数码管时，公共端(位选端)接地；由于单片机I/O口驱动能力不够，不能直接将段选端接单片机I/O口，因此在电路中增加三级管用作驱动。三级管的集电极与LED数码管的段选端相连。•LED数码显示器的结构与原理–1位共阴LED数码显示器的接口电路7.4单片机外部LED数码显示器的扩展15第七章单片机外部扩展资源及应用若直接用单片机I/O口驱动LED，则LED的电流由单片机I/O口提供，由于80C51单片机I/O口(P1、P2和P3口)输出场效应管的内部上拉电阻很大，约有几百K，因此输出电流很小，一般不超过1mA，基本无法驱动LED发光。•LED数码显示器的结构与原理–1位共阴LED数码显示器的接口电路7.4单片机外部LED数码显示器的扩展16第七章单片机外部扩展资源及应用I/O口输出高电平时，LED发光，其电流由VCC提供，R为限流电阻，阻值一般为几百欧；I/O口输出低电平时，LED熄灭，R上通过的电流大于LED发光时的电流，且该电流流入单片机引脚。单片机允许向全部引脚灌入的最大总电流为有限的，一般为几十毫安，一旦单片机的I/O口通过上拉电阻驱动较多的LED(如数码管)，当单片机I/O口都输出低电平时，向引脚灌入的总电流可能超过上限值，导致单片机工作不稳定。•LED数码显示器的结构与原理–1位共阴LED数码显示器的接口电路7.4单片机外部LED数码显示器的扩展17第七章单片机外部扩展资源及应用11三极管导通0LED灭•LED数码显示器的结构与原理–1位共阴LED数码显示器的接口电路7.4单片机外部LED数码显示器的扩展18第七章单片机外部扩展资源及应用00三极管截止1LED亮这种接口电路在单片机输出低电平时，利用三极管的截止，防止电流灌入单片机I/O引脚。同时，也增强了对LED的驱动能力。•LED数码显示器的结构与原理–1位LED数码显示器的编程示例例：使1位共阳极数码管循环显示0~9，接口电路如下：7.4单片机外部LED数码显示器的扩展19第七章单片机外部扩展资源及应用编程思路：要让LED显示数字，只需向P0口送出相应的段码即可。由于数字0~9的段码没有规律可循，可以考虑用查表的方式来完成。在程序设计中可以设计一个循环变量，依次赋值0~9，然后以这个变量为下标去查找段码数组，再把查到的数据送P0口。•LED数码显示器的结构与原理–1位LED数码显示器的编程示例程序源代码：unsignedchartab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//定义数组tab[]，并初始化为数字0~9的共阳极数码管段码voidmain(void){while(1){unsignedchari;//定义循环变量for(i=0;i10;i++){P0=tab[i];//找出以循环变量为下标的数组元素，输出到P0口delay();}//每输出1个数字，延时一小段时间}}7.4单片机外部LED数码显示器的扩展20第七章单片机外部扩展资源及应用•问题？1个数码管只能显示1位数字，如果要显示多位数字怎么办？有两种方式：静态显示方式和动态显示方式。静态显示方式：各位LED数码管同时显示。动态显示方式：各位LED数码管分时轮流显示；同一时刻只有1位LED数码管显示；但因为显示间隔非常短暂，由于人眼的视觉暂留效应，人眼看到的仍然是同时显示的字符。7.4单片机外部LED数码显示器的扩展21第七章单片机外部扩展资源及应用主要内容：•LED数码显示器的结构与原理•LED静态显示接口及应用•LED动态显示接口及应用7.4单片机外部LED数码显示器的扩展22第六章80C51单片机内嵌外设及应用•LED静态显示接口及应用–LED静态显示接口电路静态显示方式接口电路：每个LED数码管的位选端按共阴极或共阳极分别接地或接电源；每个LED数码管的8根段选端通过驱动器接单片机8位并行I/O口。这样，每个数码管都要单独占用一个并行I/O口，以便单片机向数码管传送段码。当显示位数较多时，并行I/O口可能会不够用，这时也可以采用串口扩展并口的方法，使串口工作在移位寄存器方式，通过在单片机外部增加移位寄存器构成多位显示电路。7.4单片机外部LED数码显示器的扩展23第七章单片机外部扩展资源及应用•LED静态显示接口及应用–LED静态显示接口电路7.4单片机外部LED数码显示器的扩展24第七章单片机外部扩展资源及应用4个I/O口均用于向LED显示器输出段码，称作“段控”。•LED静态显示接口及应用–LED静态显示接口电路注意：在扩展多位LED数码管时，由于80C51单片机I/O口的驱动能力有限(输出电流和灌入电流均有一定限制)，不论使用共阴极数码管还是共阳极数码管，单片机I/O口都必须经驱动器再与LED的段选端相连。驱动电路可以直接由三极管构成，也可以由小规模集成电路驱动器(如7407)或者驱动芯片(如74HC245)构成。7.4单片机外部LED数码显示器的扩展25第七章单片机外部扩展资源及应用•LED静态显示接口及应用–LED静态显示接口电路74LS245是8路同相三态双向数据总线驱动芯片，具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。引脚说明:A0~A7总线端B0~B7总线端/CE三态门允许端(低电平有效)AB//BA方向控制端7.4单片机外部LED数码显示器的扩展26第七章单片机外部扩展资源及应用•LED静态显示接口及应用–LED静态显示接口电路共阳极LED静态显示接口电路：7.4单片机外部LED数码显示器的扩展27第七章单片机外部扩展资源及应用•LED静态显示接口及应用–LED静态显示的程序设计在静态显示方式下，LED显示程序和1位LED显示的程序类似；只需通过写I/O端口，送出相应LED数码管的段码即可。如：P0=0xc0;//使P0口连接的共阳极LED数码管显示0；7.4单片机外部LED数码显示器的扩展28第七章单片机外部扩展资源及应用•LED静态显示接口及应用–LED静态显示的特点①各数码管同时显示，数码管始终发光，功耗比较大；②硬件电路复杂，使用元器件多、成本高；③占用单片机I/O多，适合显示位数较少的场合；④软件编程简单，数据一但输出，不再占用CPU时间。7.4单片机外部LED数码显示器的扩展29第七章单片机外部扩展资源及应用主要内容：•LED数码显示器的结构与原理•LED静态显示接口及应用•LED动态显示接口及应用7.4单片机外部LED数码显示器的扩展30第六章80C51单片机内嵌外设及应用•LED动态显示接口及应用–LED动态显示原理每次只有一位数码管显示，即在实际操作过程中各个数码管轮流显示。只要轮流显示的速度足够快，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉，人眼看到的将是整体显示的效果。7.4单片机外部LED数码显示器的扩展31第七章单片机外部扩展资源及