1、單片機與嵌入式系統MCU and Embedded System Done is better than perfect. 比完美更重要的是完成。FACEBOOK2022年9月25日教學內容第七章 單片機外部擴展資源及應用2第七章 單片機外部擴展資源及應用7.1 單片機外部擴展概述7.2 單片機外部存儲器的擴展7.3 單片機外部鍵盤的擴展7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展7.5 單片機外部A/D轉換器的擴展主要內容：LED數碼顯示器的結構與原理LED靜態顯示接口及應用LED動態顯示接口及應用7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展3第六章 80C51單片機內嵌外設及應用LED數碼顯示器的

2、結構與原理LED及其工作參數LED(Light Emiting Diode)：發光二極管7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展4第七章 單片機外部擴展資源及應用外加正向電壓小于正向閾值電壓時，LED不導通；當外加電壓大于正向閾值電壓時，LED導通，同時發光。LED二極管的正向導通電壓比普通二極管大，具體數值與LED材料有關。LED數碼顯示器的結構與原理LED及其工作參數LED(Light Emiting Diode)：發光二極管7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展5第七章 單片機外部擴展資源及應用限流電阻，控制流過LED的電流+5V電源正向導通發光，反向截止熄滅工作電流520mA，最大不

3、能超過50mA壓降1.22.5V之間接單片機I/O引腳，引腳輸出低電平時，發光二級管導通LED數碼顯示器的結構與原理LED數碼顯示器的結構LED數碼顯示器：又稱數碼管，是由發光二極管組成的發光器件，可以用來顯示數字、字符等，在家電及工業控制領域有著很廣泛的應用，例如用來顯示溫度、數量、重量、日期、時間等，具有顯示醒目、直觀的優點。7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展6第七章 單片機外部擴展資源及應用LED數碼顯示器的結構與原理LED數碼顯示器的結構單個LED數碼管內部由7個獨立的條形發光二極管(排列成“日”字形)和1個小圓點發光二極管(可作為小數點)組成，根據各發光二極管(稱為“段”)的亮

4、滅組成數字或字符。每段的亮滅均可單獨控制。7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展7第七章 單片機外部擴展資源及應用8個獨立的LED發光二極管abcdefghCOM COM abcdefgh共陰：陰極并聯 共陽：陽極并聯 a b c d e f g h 為了方便地控制數碼管的每個段，相應地將數碼管的每個段分別命名為ah。 在實際應用中，一般會將數碼管8個LED的陽極或者陰極并聯在一起。由此可見，一個數碼管至少有9個輸入端，其中ah被定義為“段選端”，并聯在一起的公共端com被定義為“位選端”。LED數碼顯示器的結構與原理LED數碼顯示器的顯示原理通過控制“段”的發光與熄滅，數碼管可以顯示數字和

5、一些字母符號：7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展8第七章 單片機外部擴展資源及應用abcdefghGND 共陰極數碼管 共陰極數碼管段發光：位選端輸入低電平0；段選端輸入高電平1。a b c d e f g h COM 10000000LED數碼顯示器的結構與原理LED數碼顯示器的顯示原理通過控制“段”的發光與熄滅，數碼管可以顯示數字和一些字母符號：7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展9第七章 單片機外部擴展資源及應用+5V abcdefgh共陽極數碼管 a b c d e f g h 共陽極數碼管段發光：位選端輸入高電平1；段選端輸入低電平0。COM 10000000LED數碼顯示

6、器的結構與原理LED數碼顯示器的顯示原理例：共陰極數碼管顯示數字“2”：7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展10第七章 單片機外部擴展資源及應用abcdefghGND 共陰極數碼管 a b c d e f g h 11011010a 段碼：0101 1011 (5BH)+5V abcdefgh共陽極數碼管 00100101段碼：1010 0100 (A4H)LED數碼顯示器的結構與原理LED數碼顯示器的顯示字符及碼表7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展11第七章 單片機外部擴展資源及應用LED數碼顯示器的結構與原理1位LED數碼顯示器的引腳結構市售的LED數碼管尺寸、顏色多樣，常見1位

7、LED數碼管有10個引腳，排列如下：7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展12第七章 單片機外部擴展資源及應用其中3腳、8腳為公共端(位選端)，根據內部發光二極管的接線形式可分為共陰極(Common Cathode，CC)和共陽極(Common Anode，CA)兩種類型。LED數碼顯示器的結構與原理1位共陽LED數碼顯示器的接口電路7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展13第七章 單片機外部擴展資源及應用使用1位共陽極LED數碼管時，公共端(位選端)接電源電壓；段選端通過1k限流電阻接單片機I/O口。用單片機的I/O口控制每段LED的亮滅。通過程序從I/O口輸出待顯示字符的段碼。LED數

8、碼顯示器的結構與原理1位共陰LED數碼顯示器的接口電路7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展14第七章 單片機外部擴展資源及應用使用1位共陰極LED數碼管時，公共端(位選端)接地；由于單片機I/O口驅動能力不夠，不能直接將段選端接單片機I/O口，因此在電路中增加三級管用作驅動。三級管的集電極與LED數碼管的段選端相連。LED數碼顯示器的結構與原理1位共陰LED數碼顯示器的接口電路7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展15第七章 單片機外部擴展資源及應用若直接用單片機I/O口驅動LED，則LED的電流由單片機I/O口提供，由于80C51單片機I/O口(P1、P2和P3口)輸出場效應管的內部上

9、拉電阻很大，約有幾百K，因此輸出電流很小，一般不超過1mA，基本無法驅動LED發光。LED數碼顯示器的結構與原理1位共陰LED數碼顯示器的接口電路7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展16第七章 單片機外部擴展資源及應用I/O口輸出高電平時，LED發光，其電流由VCC提供，R為限流電阻，阻值一般為幾百歐；I/O口輸出低電平時，LED熄滅，R上通過的電流大于LED發光時的電流，且該電流流入單片機引腳。單片機允許向全部引腳灌入的最大總電流為有限的，一般為幾十毫安，一旦單片機的I/O口通過上拉電阻驅動較多的LED(如數碼管)，當單片機I/O口都輸出低電平時，向引腳灌入的總電流可能超過上限值，導致單

10、片機工作不穩定。LED數碼顯示器的結構與原理1位共陰LED數碼顯示器的接口電路7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展17第七章 單片機外部擴展資源及應用11三極管導通0LED滅LED數碼顯示器的結構與原理1位共陰LED數碼顯示器的接口電路7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展18第七章 單片機外部擴展資源及應用00三極管截止1LED亮這種接口電路在單片機輸出低電平時，利用三極管的截止，防止電流灌入單片機I/O引腳。同時，也增強了對LED的驅動能力。LED數碼顯示器的結構與原理1位LED數碼顯示器的編程示例例：使1位共陽極數碼管循環顯示09，接口電路如下： 7.4 單片機外部LED數碼顯示器

11、的擴展19第七章 單片機外部擴展資源及應用編程思路：要讓LED顯示數字，只需向P0口送出相應的段碼即可。由于數字09的段碼沒有規律可循，可以考慮用查表的方式來完成。在程序設計中可以設計一個循環變量，依次賦值09，然后以這個變量為下標去查找段碼數組，再把查到的數據送P0口。LED數碼顯示器的結構與原理1位LED數碼顯示器的編程示例程序源代碼：unsigned char tab=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90; /定義數組tab，并初始化為數字09的共陽極數碼管段碼void main(void) while(1

12、) unsigned char i; /定義循環變量 for(i=0;i10;i+) P0 = tabi; /找出以循環變量為下標的數組元素，輸出到P0口 delay(); /每輸出1個數字，延時一小段時間 7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展20第七章 單片機外部擴展資源及應用問題？1個數碼管只能顯示1位數字，如果要顯示多位數字怎么辦？有兩種方式：靜態顯示方式和動態顯示方式。靜態顯示方式：各位LED數碼管同時顯示。動態顯示方式：各位LED數碼管分時輪流顯示；同一時刻只有1位LED數碼管顯示；但因為顯示間隔非常短暫，由于人眼的視覺暫留效應，人眼看到的仍然是同時顯示的字符。7.4 單片機外部

13、LED數碼顯示器的擴展21第七章 單片機外部擴展資源及應用主要內容：LED數碼顯示器的結構與原理LED靜態顯示接口及應用LED動態顯示接口及應用7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展22第六章 80C51單片機內嵌外設及應用LED靜態顯示接口及應用LED靜態顯示接口電路靜態顯示方式接口電路：每個LED數碼管的位選端按共陰極或共陽極分別接地或接電源；每個LED數碼管的8根段選端通過驅動器接單片機8位并行I/O口。這樣，每個數碼管都要單獨占用一個并行I/O口，以便單片機向數碼管傳送段碼。當顯示位數較多時，并行I/O口可能會不夠用，這時也可以采用串口擴展并口的方法，使串口工作在移位寄存器方式，通過

14、在單片機外部增加移位寄存器構成多位顯示電路。7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展23第七章 單片機外部擴展資源及應用LED靜態顯示接口及應用LED靜態顯示接口電路7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展24第七章 單片機外部擴展資源及應用4個I/O口均用于向LED顯示器輸出段碼，稱作“段控”。LED靜態顯示接口及應用LED靜態顯示接口電路注意：在擴展多位LED數碼管時，由于80C51單片機I/O口的驅動能力有限(輸出電流和灌入電流均有一定限制)，不論使用共陰極數碼管還是共陽極數碼管，單片機I/O口都必須經驅動器再與LED的段選端相連。驅動電路可以直接由三極管構成，也可以由小規模集成電路驅動

15、器(如7407)或者驅動芯片(如74HC245)構成。7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展25第七章 單片機外部擴展資源及應用LED靜態顯示接口及應用LED靜態顯示接口電路74LS245是8路同相三態雙向數據總線驅動芯片，具有雙向三態功能，既可以輸出，也可以輸入數據。引腳說明:A0A7 總線端 B0B7 總線端 /CE 三態門允許端(低電平有效) AB/BA 方向控制端 7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展26第七章 單片機外部擴展資源及應用LED靜態顯示接口及應用LED靜態顯示接口電路共陽極LED靜態顯示接口電路：7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展27第七章 單片機外部擴展資源

16、及應用LED靜態顯示接口及應用LED靜態顯示的程序設計在靜態顯示方式下，LED顯示程序和1位LED顯示的程序類似；只需通過寫I/O端口，送出相應LED數碼管的段碼即可。如：P0=0 xc0; /使P0口連接的共陽極LED數碼管顯示0；7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展28第七章 單片機外部擴展資源及應用LED靜態顯示接口及應用LED靜態顯示的特點各數碼管同時顯示，數碼管始終發光，功耗比較大；硬件電路復雜，使用元器件多、成本高；占用單片機I/O多，適合顯示位數較少的場合；軟件編程簡單，數據一但輸出，不再占用CPU時間。7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展29第七章 單片機外部擴展資源及

17、應用主要內容：LED數碼顯示器的結構與原理LED靜態顯示接口及應用LED動態顯示接口及應用7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展30第六章 80C51單片機內嵌外設及應用LED動態顯示接口及應用LED動態顯示原理每次只有一位數碼管顯示，即在實際操作過程中各個數碼管輪流顯示。只要輪流顯示的速度足夠快，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝，人眼看到的將是整體顯示的效果。7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展31第七章 單片機外部擴展資源及應用LED動態顯示接口及應用LED動態顯示原理以8位LED動態顯示20131126為例：7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展32第七章 單片機外部擴展資

18、源及應用人眼實際看到的效果：LED動態顯示接口及應用LED動態顯示接口電路動態顯示方式接口電路：因為同一時刻只選通1個LED數碼管進行顯示，則每個LED數碼管的位選端通過驅動器接一根獨立的I/O口線；所有LED數碼管的段選同名端(ah)并聯在一起，通過驅動器接單片機的一個8位并行I/O口。7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展33第七章 單片機外部擴展資源及應用LED動態顯示接口及應用LED動態顯示接口電路7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展34第七章 單片機外部擴展資源及應用1個I/O口用于向LED顯示器輸出段碼，稱作“段控”；1個I/O口用于控制LED顯示器的亮、滅，稱作“位控”LE

19、D動態顯示接口及應用LED動態顯示接口電路CPU向段控端送出段碼時，因為數碼管的段選同名端并接，所有數碼管將接收到相同的段碼。但究竟是哪個數碼管進行顯示，則取決于LED的位選端，位選端的信號來自單片機的位控端，由單片機輸出位碼到位控端控制。注意：對于共陽極數碼管，位選端為高電平時選通；對于共陰極數碼管，位選端為低電平時選通。不論使用共陰極數碼管還是共陽極數碼管，單片機I/O口都必須經驅動器再與LED的位選端相連。7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展35第七章 單片機外部擴展資源及應用LED動態顯示接口及應用LED動態顯示接口電路共陽極LED動態顯示接口電路：7.4 單片機外部LED數碼顯示

20、器的擴展36第七章 單片機外部擴展資源及應用LED動態顯示接口及應用LED動態顯示的程序設計例：使4位共陽極數碼管顯示數字“1234”；單片機P3口為段控口，P2口的低4位為位控口。解題思路：如要動態顯示4位數碼，則其顯示步驟可表示如下：i=0;do從位控口輸出位選信號使得第i位數碼管處于顯示狀態；通過查表法找到第i位數碼管需要顯示的字符，從段控口輸出段選信號進行顯示；延時一小段時間；i+;while(i4)7.4 單片機外部LED數碼顯示器的擴展37第七章 單片機外部擴展資源及應用LED動態顯示接口及應用LED動態顯示的程序設計程序源代碼：unsigned char tab=0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99; /定義數組tab，并初始化為數字14的共陽極數碼管段碼void main(void) while(1) unsigned char i; /定義循環變量 for(i=0;i4;i+) P2=_cror_(0 x08,i); /輸出位選信號 P3 = tabi; /找出以