8.151單片機(jī)與LED顯示器接口8.1LED數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)與原理單片機(jī)控制系統(tǒng)中常用LED現(xiàn)示器來顯示各種數(shù)字或符號.由于這種顯示器顯示清晰,亮度高,接口方便,因此被廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中.

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是8LED數(shù)碼管顯示器，它有共陰極和共陽極兩種，如圖所示。abcdefgdpcomabcdefgdpcomabcdefgdp10987612345gfcomabedcomcdp(a)(b)(c)8.1.1．LED靜態(tài)顯示LED靜態(tài)顯示時，其公共端直接接地（共陰極）或接電源（共陽極），各段選線分別與I/O口線相連。要顯示字符，直接在I/O線送相應(yīng)的字段碼。相應(yīng)段的發(fā)光二極管處恒定的導(dǎo)通或截止,直到需要顯示另一個字符為止.abcdefgdpI/O(1)abcdefgdpI/O(2)8.1.1．LED靜態(tài)顯示這種工作方式下LED的亮度高,軟件編程也比較容易;但是它占用比較多I/O口的資源,常用于顯示位數(shù)不多的情況.LED靜態(tài)顯示方式的接口有多種不同形式,使用74HC595芯片可以方便地組成靜態(tài)顯示接口.8位移位寄存器存儲寄存器三態(tài)輸出控制SER14SRCLK11SRCLK10RCLK12OE139Q7151234567Q0Q7圖8-374HC595的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖74HC595是具有鎖存功能的移位寄存器,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖8-3所示.控制過程:當(dāng)時鐘端SRLCK(11腳)有時鐘脈沖時,移位寄存儲器串行輸入端SER(14腳)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行輸出,在串行數(shù)據(jù)開始輸入之前將RCLK置0.移位寄存儲器的輸出不會被送入存儲寄存器,在8位數(shù)據(jù)全部送完后,將RCLK引腳置1,才會將新的數(shù)據(jù)送入存儲寄存器中.存儲寄存器經(jīng)過三態(tài)控制器緩沖后對外輸出.這樣,整個數(shù)據(jù)傳輸期間,74HC595的輸出端數(shù)據(jù)始終保持穩(wěn)定不變.8位移位寄存器的進(jìn)位位單獨(dú)引出,即第九腳,可以方便地進(jìn)行階聯(lián),以便根據(jù)需要將許多片74HC595串接起來使用.

8.1.1．LED靜態(tài)顯示圖8-4以74HC595組成的靜態(tài)顯示接口電路圖,通過6片74HC595作為6位LED顯示器的靜態(tài)顯示接口.(參見P166圖8-4的具體接法)所有芯片的時鐘端(SRCLK)并聯(lián)接到單片機(jī)的任一個I/O端.RCLK是鎖存允許端,當(dāng)RCLK引腳上有上升沿且其它條件符合時,移位寄存器中的內(nèi)容被送入存儲寄存器.圖8-4靜態(tài)顯示接口8.1.1．LED靜態(tài)顯示例8-1使用74HC595制作的6位串行顯示接口電路#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedcharsbitDat=P3^2;SbitClk=P3^3;SbitRCK=P3^4;unsignedcharDispBuf[6];UcharcodeDispTab[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0xFF};VoidSendData(unsignedcharSendDat){unsignedcharI;for(I=0;i<8;i++){if((SendDat&0x80)==0)Dat=0;elseDat=1;_nop_();Clk=0;_nop_();Clk=1;SendDat=SendDat<<1;}}VoidDisp(){ucharc;ucharI;RCK=0;for(I=0;I<6;I++){c=DispBuf[I];SendData(DispTab[c]);}RCK=1;}Voidmain(){for(;;){Disp();}}本程序的說明:參見P1678.1.2動態(tài)顯示接口圖8-5是實(shí)驗(yàn)板上LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示接口電路部分.這里L(fēng)ED數(shù)碼管采用共陽方式,P0口作為段控制,P2.7~P2.2通過PNP型的三極管分別接第1~6位COM端.例8.2是使用中斷方式編寫的動態(tài)數(shù)碼管驅(qū)動程序.8.1.2動態(tài)顯示接口/*延時程序*/voidmDelay(unsignedintDelay) { unsignedinti; for(;Delay>0;Delay--) { for(i=0;i<124;i++) {;} }}voidmain(){ ucharCounter=0; P1=0xff; P0=0xff; TMOD=0x01; TH0=(65536-3000)/256; TL0=(65536-3000)%256; //定時時間為3000個周期 TR0=1; //T0開始運(yùn)行 EA=1; //總中斷允許 ET0=1; //T0中斷允許 DispBuf[0]=0; DispBuf[1]=0; DispBuf[2]=0; DispBuf[3]=0; DispBuf[4]=0; //顯示器前5位均為0 for(;;) { DispBuf[5]=Counter; Counter++; //計數(shù) if(Counter==10) Counter=0; mDelay(1000); }}程序?qū)崿F(xiàn);程序分析:參見P169~170(dled)8.2.1鍵盤的工作原理單片機(jī)系統(tǒng)種一般由軟件來識別鍵盤上的閉合鍵,圖8-7是單片鍵盤的一種接法.組成鍵盤的按鍵有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種,而單片機(jī)應(yīng)用的一般是機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的.8.2.2鍵盤與單片機(jī)連接將每個按鍵的一端接到單片機(jī)的I/O口,另一端接地,這是最簡單、常用的一種方法.圖8.7所示是實(shí)驗(yàn)板上按鍵的接法.4個按鍵分別接到P3.2、P3.3、P3.4、P3.5.對于此接法可采用不斷查詢的方法,具體是檢測是否有鍵閉合.例8.3實(shí)現(xiàn)鍵控流水燈功能.4個按鍵定義如下:P3.2:開始,按此鍵則燈開始流動(由上而下);P3.3:停止,按此鍵則停止流動,所有燈為暗;P3.4:上,按此鍵則燈由上而下流動;P3.5:下,按此鍵則燈由下而上流動;程序如下:#include"reg51.h"#include"intrins.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharLampCode1=0x01;bit UpDown=0; //上下流動標(biāo)志bit StartEnd=0; //起動及停止標(biāo)志/*延時程序由Delay參數(shù)確定延遲時間*/voidmDelay(unsignedintDelay) {unsignedinti;for(;Delay>0;Delay--){for(i=0;i<124;i++){;}}}voidKProce(ucharKValue) //鍵值處理{ if((KValue&0x04)==0) StartEnd=1; if((KValue&0x08)==0) StartEnd=0; if((KValue&0x10)==0) UpDown=1; if((KValue&0x20)==0) UpDown=0;}8.3I2總線接口單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的外圍擴(kuò)展已從并行方式過度到以串行方式為主的時代.常用串行接口方式有UART,SPI,I2C等,URAT接口技術(shù)已在第六章作過介紹,SPI將在下一節(jié)介紹,本節(jié)介紹I2C總線擴(kuò)展技術(shù).8.3.1I2C接口技術(shù)

I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線.它通過SDA和SCL兩根線與連接到總線上的器件之間傳送信息.總線上每一個固定的節(jié)點(diǎn)地址,根據(jù)地址識別每個器件,可以方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng).其傳輸速率為100kb/s(改進(jìn)后的規(guī)范為400kb/s),總線的驅(qū)動能力為400pF.

I2C總線為雙向同步串行總線,引此,I2C總線接口內(nèi)部為雙向傳輸電路.I2C總線端口輸出為開漏結(jié)構(gòu),故總線必須要有5~10kΩ的上拉電阻.接到總線上的所有外圍器件,外設(shè)接口都是總線上的節(jié)點(diǎn).任何時候總線上只有一個主控制器件實(shí)現(xiàn)總線的控制操作,對總線上的其它節(jié)點(diǎn)尋址,分時實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送.8.3.1I2C接口技術(shù)

I2C總線上所有的外圍器件都有規(guī)范的器件地址.器件地址由7位組成,它與1位方向位構(gòu)成I2C總線器件的尋址字節(jié)SLA.其格式如表8-2所列.D7D6D5D4D3D2D1D0DA3DA2DA1DA0A2A1A0R/W表8-2I2C總線器件的尋址字節(jié)SLA器件地址(DA3,DA2,DA1,DA0):---I2C總線外圍接口器件固有的地址編碼.引腳地址(A2,A1,A0):---由I2C總線外圍器件地址端口A2,A1和A0在電路中接電源或接地的不同所形成的地址數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)方向(R/W):---數(shù)據(jù)方向位規(guī)定了總線上主節(jié)點(diǎn)對從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)方向,為1時是接收,為0時是發(fā)送.80C51單片機(jī)并未提供I2C接口,但是,基于對I2C協(xié)議的分析,可以通過軟件模擬的方法來實(shí)現(xiàn)I2C接口,從而可以應(yīng)用于很多I2C器件.8.3.224系列EEPROM的結(jié)構(gòu)及特性隨著非易失性存儲器技術(shù)的發(fā)展,EEPROM常被用于斷電后的數(shù)據(jù)存儲.目前應(yīng)用廣泛的是串行接口的EEPROM,其中A24CXX就是這樣一類芯片.24系列EEPROM的結(jié)構(gòu)和特性介紹如下.1.特點(diǎn)介紹*型號—24C01(A)/02(A)/04(A)/08/16/32/64;*容量---128/256/512/1024/2048/4096/8192字節(jié);*串行接口,可用電擦除的可編程只讀存儲器這種器件有兩種寫入方式:--字節(jié)寫入;頁寫入;頁的大小取決于頁寄存儲器的大小;擦除/寫入次數(shù):--一般在10萬次以上,有的達(dá)1000萬次.2.引腳圖(參見圖8-8:左邊)SCL:串行時鐘端.寫入用上升沿,輸出用下降沿同步;SDA:串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端.該引腳是漏極開路驅(qū)動,可以與任何數(shù)目的其它漏極或集電極開路的器件構(gòu)成“線或”連接;WP:寫保護(hù),即對硬件數(shù)據(jù)的保護(hù).接地時…;接高電平…A0,A1,A2:片選或頁面選擇地址輸入;VCC:電源端;VSS:接地端;8.3.324系列EEPROM的使用由于80C51單片機(jī)沒有硬件I2C接口,因此,必須用軟件模擬I2C接口的時序,以便對24系列芯片進(jìn)行讀/寫等編程操作.由于I2C接口協(xié)議比較復(fù)雜,從I2C總線結(jié)構(gòu)原理到I2C總線應(yīng)用的直接設(shè)計難度較大;因此這里不對I2C總線接口原理進(jìn)行分析,而是學(xué)習(xí)如何使用成熟的軟件包對24系列EEPROM進(jìn)行編程操作.這個軟件包提供了從EEPROM中讀出數(shù)據(jù)和向EEPROM中寫入數(shù)據(jù)的兩個函數(shù):voidWrToROM(ucharData[],ucharAddress,ucharNum)voidRdFromROM(ucharData[],ucharAdress,ucharNum)每一個函數(shù)讀用三個參數(shù),各有何作用參見P176;軟件包的源程序參見P177~180;使用這一軟件包非常簡單,首先根據(jù)硬件連接定義好SCL,SDA和WP這三個引腳,然后在調(diào)用函數(shù)中定義一個數(shù)組,用以存放待寫入的數(shù)據(jù),或讀出數(shù)據(jù)之后用來存放數(shù)據(jù);最后調(diào)用相關(guān)函數(shù)即可完成相應(yīng)操作.(參見9.3節(jié)介紹)8.4X5045的使用SPI是MOTOROLA公司推出的串行擴(kuò)展接口.目前,有很多器件具有這種接口,其中X5045目前應(yīng)用廣泛的芯片.X5045芯片的功能:---上電復(fù)位,電壓跌落檢測,看門狗定時器,SPI接口的EEPROM.

通過學(xué)習(xí)這塊芯片與電片機(jī)接口的方法,可以了解和掌握SPI總線接口的工作原理及一般編程方法.8.4.1SPI串行總線簡介單片機(jī)與外圍擴(kuò)展器件在時鐘線SCK,數(shù)據(jù)線MOSI和MISO上都是同名端相連.由于外圍擴(kuò)展多個器件時,無法通過數(shù)據(jù)線譯碼選擇,故帶SPI接口的外圍器件都有片選端CS.在擴(kuò)展單個外圍器時,外圍器件的CS端可接地處理,或通過I/O來控制;在擴(kuò)展多個SPI外圍器件時,單片機(jī)應(yīng)分別通過I/O口線來分時選通外圍器件.SPI的數(shù)據(jù)傳送速度,主機(jī)方式最高可達(dá)1.5Mb/S.在單個器件的外圍擴(kuò)展中片選線由外部硬件端口選擇,因此用軟件實(shí)現(xiàn)起來較方便.8.4.2X5045的結(jié)構(gòu)和特性1.功能描述

本器件將4種功能合于一體:(1)上電復(fù)位控制:---參見P180(2)看門狗定時器:----參見P180(3)降壓管理(電壓跌落檢測):----參見P181(4)具有塊保護(hù)功能的串行EEPROM:----參見P181使用該片有助于簡化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計,減少印制板的占用面積,提高可靠性.圖8-9是該芯片的8腳PDIP/SOIP/MSOP封裝形式的引腳圖.8.4.2X5045的結(jié)構(gòu)和特性2.使用方法----參見P182(1)上電復(fù)位(2)電壓跌落檢測(3)看門狗定時器(4)SPI串行編程EEPROM

X5145中有一個狀態(tài)寄存器,其值決定了看門狗定時器的定時時間和被保護(hù)塊的大小.狀態(tài)寄存器的定義如表8-5所列,定時時間長短及被保護(hù)區(qū)域則如表8-6和8-7所列.---參見P1828.4.3X5045的使用為了使用方便,特設(shè)計了一個X5045的確驅(qū)動程序.組成驅(qū)動程序出口界面的命令如下:*寫數(shù)據(jù)(write_data):---將指定個數(shù)的字節(jié)寫入EEPROM中指定單片機(jī)單元中.*讀數(shù)據(jù)(read_data):---讀出EEPROM中指定單片機(jī)單元中的指定數(shù)據(jù).*設(shè)置芯片的工作狀態(tài)(set_state):---通過預(yù)設(shè)的常數(shù)設(shè)置芯片的工作狀態(tài).八個設(shè)置芯片工作狀態(tài)的常數(shù)如下:WDT200---設(shè)置200ms看門狗;WDT600---設(shè)置600ms看門狗;WDT1400---設(shè)置1.4s看門狗;NOWDT---看門狗禁運(yùn);PROQTR---寫保護(hù)區(qū)域?yàn)楦?28字節(jié);PROHALF---寫保護(hù)區(qū)域?yàn)楦?56字節(jié);PROALL---不對存儲區(qū)進(jìn)行寫保護(hù);程序中定義符號如下:CS---接X5045CS引腳的單片機(jī)引腳;SI---接X5045SI引腳的單片機(jī)引腳;SO---接X5045SO引腳的單片機(jī)引腳;SCK---接X5045SCK引腳的單片機(jī)引腳;WP---接X5045WP引腳的單片機(jī)引腳;8.4.3X5045的使用X5045完整的驅(qū)動程序如下:---參見P183~186使用這因軟件包方法:

首先:根據(jù)硬件連接定義SI,SO,SCK,WP和CS這5個引腳;

然后:在調(diào)用函數(shù)中定義一個數(shù)組,用以存放待寫入數(shù)據(jù)或讀出之后存放數(shù)據(jù)組的單元;

最后:調(diào)用相關(guān)函數(shù)即可完成相應(yīng)操作;8.5模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口圖8-10是該器件的引腳圖.CS:---片選端;IN+:---正輸入端;(可接入差分信號)IN-:---負(fù)輸入端;(輸入單端信號時接地)REF:---參考電壓輸入端;DO:---數(shù)據(jù)輸出端;CLK:---時鐘信號端;(該兩腳用于與CPU通信)圖8-1180C51與TLC0831接線圖CS:---為低,開始一次轉(zhuǎn)換(整個轉(zhuǎn)換過程中CS讀必須為低)

連續(xù)輸入10個脈沖完成一次轉(zhuǎn)換,然后數(shù)據(jù)從第2個脈沖的下降沿開始輸出.轉(zhuǎn)換結(jié)束后應(yīng)將CS置高.當(dāng)CS重新拉低時將開始新的一次轉(zhuǎn)換;8.5模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口TLC0831的驅(qū)動程序:--參見P187~188驅(qū)動程序的使用:---(該程序中用到了3個標(biāo)記符號)ADCS:---與TLC0831的CS引腳相連的單片機(jī)引腳;ADCLK:---與TLC0831的CLK引腳相連的單片機(jī)引腳;ADDO:---與TLC0831的DO引腳相連的單片機(jī)引腳;實(shí)際使用時,根據(jù)接線的情況定義好ADCW,ADCLK和ADDO即可使用.例8-4TLC0831與單片機(jī)連接如圖8-11所示,要求獲得TLC0831的IN+端輸入值.(本程序如下)sbitADCS=P1^0;sbitADCLK=p1^1;sbitADDO=P1^2;Voidmain(){unsignedcharADValue;...ADValue=ADConv();}8.6數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口TLC5615的驅(qū)動程序命令:DAConv.參數(shù):整型數(shù)DaDat是待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)出口:將給定的數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓.voidDaConv(uintDaDat){uchari=0;DaCS=1;_nop_();_nop_();DIN=0;DaSCLK=0;DaCS=0;_nop_();_nop_();for(i=0;i<12;i++){DaDat=_iro1_(DaDat,1);if((DaDat&0x0400)!=0)DIN=1;elseDIN=0;DaSCLK=1;_nop_();_nop_();DaSCLK=0;_nop_();_nop_();}DaCS=1;DIN=0;DaSCLK=0;}8.6數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口驅(qū)動程序的使用該驅(qū)動程序中用到了3個標(biāo)記符號:DIN:---與TLC5615的DI引腳相連的單片機(jī)引腳;DASCLK:---與TLC5615的CLK引腳相連的單片機(jī)引腳;DACS:---與TLC5615的CS引腳相連的單片機(jī)引腳;實(shí)際使用時,根據(jù)接線的情況定義好DAIN,DACLK,ADCS即可使用.例8-5TLC5615與單片機(jī)連接如圖8-13所示,要求將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)送到DA進(jìn)行轉(zhuǎn)換.程序如下:sbitDIN=P1^0;sbitDaSCLK=P1^1;sbitDaCS=P1^2;...Voidmain(){unsignedintDaDate;..,DAConv(DaDate);...}8.7液晶顯示器接口從液晶顯示器顯示內(nèi)容來分(三種):段式;字符式;點(diǎn)陣式.注:字符式---價廉物美,顯示內(nèi)容豐富,無需定制,使用方便.是LED顯示器的理想替代品.(圖8-14是1602型字符液晶顯示器的外形圖)8.7.1字符型液晶顯示器基本知識

字符型液晶顯示器專門用于顯示數(shù)字字母,圖形符號,并可顯示少量自定義符號.這類顯示器均把LCD控制器,點(diǎn)陣驅(qū)動器,字符存儲器等做在一塊板上,再與液晶屏一起組成一個顯示塊,因此,這類顯示器安裝與使用都較簡單.型號:XXX1602,XXX1604,XXX2002XXX2004等XXX:---為商標(biāo)名稱;第一,二位數(shù)字:---表可顯示字符個數(shù);第三,四位數(shù)字:---表可顯示字符的行數(shù);8.7液晶顯示器接口這一類液晶顯示器通常有16根接口線,表8-8是這16根線的定義.編號符號引腳說明編號符號引腳說明1Vss電源地9D2數(shù)據(jù)線22VDD電源正10D3數(shù)據(jù)線33VL液晶顯示偏壓信號11D4數(shù)據(jù)線44RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5數(shù)據(jù)線55R/W讀/寫選擇端13D6數(shù)據(jù)線66E使能信號14D7數(shù)據(jù)線77Do數(shù)據(jù)線15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)線116BLK背光源負(fù)極表8-8字符型液晶接口說明8.7液晶顯示器接口圖8-15是字符型液晶顯示器與單片機(jī)的接線圖.這里用了P0口的8根線作為液晶顯示器的數(shù)據(jù)線,用P2.5,P2.6和P2.7作為3根控制線.與VL端相連的電位器的阻值為10KΩ,用來調(diào)節(jié)液晶顯示器的對比度.5V電源通過一個電阻與BLA相連用以提供背光,該電阻可用10Ω,1/2W.8.7.2字符型液晶顯示器的使用1.字符型液晶顯示器的驅(qū)動程序(適用于1602型)命令如下:(1)voi