單片機教程二十二:LED數碼管靜態顯示接口與編程

在單片機系統中，常常用LED數碼數碼管顯示器來顯示各種數字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。

引言：還記得我們小時候玩的“火柴棒游戲”嗎，幾根火柴棒組合起來，能拼成各種各樣的圖形，LED數碼管顯示器實際上也是這么一個東西。

八段LED數碼管顯示器

<單片機靜態顯示接口>

八段LED數碼管顯示器由8個發光二極管組成。基中7個長條形的發光管排列成“日”字形，另一個賀點形的發光管在數碼管顯示器的右下角作為顯示小數點用，它能顯示各種數字及部份英文字母。LED數碼管顯示器有兩種不一樣的形式：一種是8個發光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED數碼管顯示器；另一種是8個發光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED數碼管顯示器。如下圖所示。`

共陰和共陽結構的LED數碼管顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當二極管導通時，對應的筆劃段發亮，由發亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個筆劃段hgfedcba對應于一個字節（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對于共陰LED數碼管顯示器，當公共陰極接地（為零電平），而陽極hgfedcba各段為0111011時，數碼管顯示器顯示"P"字符，即對于共陰極LED數碼管顯示器，“P”字符的字形碼是73H。如果是共陽LED數碼管顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應為10001100（8CH）。這里必須注意的是：很多產品為方便接線，常不按規則的辦法去對應字段與位的關系，這個時候字形碼就必須根據接線來自行設計了，后面我們會給出一個例程。

在單片機應用系統中，數碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態顯示和動態掃描顯示。所謂靜態顯示，就是每一個數碼管顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數據時，再發送新的字形碼，因此，使用這種辦法單片機中CPU的開銷小。能供給單獨鎖存的I/O接口電路很多，這里以常用的串并轉換電路74LS164為例，介紹一種常用靜態顯示電路，以使大家對靜態顯示有一定的了解。

MCS-51單片機串行口方式押為移們寄存器方式，外接6片74LS164作為6位LED數碼管顯示器的靜態顯示接口，把8031的RXD作為數據輸出線，TXD作為移位時鐘脈沖。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實現串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數據輸入端，2個管腳按邏輯與運算規律輸入信號，公一個輸入信號時可并接。T（第8腳）為時鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個時鐘信號的上升沿加到T端時，移位寄存器移一位，8個時鐘脈沖過后，8位二進制數全部移入74LS164中。R（第9腳）為復位端，當R=0時，移位寄存器各位復0，只有當R=1時，時鐘脈沖才起作用。Q1…Q8（第3-6和10-13管腳）并行輸出端分別接LED數碼管顯示器的hg---a各段對應的管腳上。關于74LS164還能作如下的介紹：所謂時鐘脈沖端，其實就是需要高、低、高、低的脈沖，不管這個脈沖是怎么來的，比如，我們用根電線，一端接T，一端用手拿著，分別接高電平、低電平，那也是給出時鐘脈沖，在74LS164獲得時鐘脈沖的瞬間（再講清楚點，是在脈沖的沿），如果數據輸入端（第1，2管腳）是高電平，則就會有一個1進入到74LS164的內部，如果數據輸入端是低電平，則就會有一個0進入其內部。在給出了8個脈沖后，最先進入74LS164的第一個數據到達了最高位，然后再來一個脈沖會有什么發生呢？再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出，就象車站排隊買票，欄桿就那么長，要從后面進去一本人，前面必須要從前面走出去一本人才行。

搞清了這一點，下面讓我們來看電路，6片7LS164首尾相串，而時鐘端則接在一起，這樣，當輸入8個脈沖時，從單片機RXD端輸出的數據就進入到了第一片74LS164中了，而當第二個8個脈沖到來后，這個數據就進入了第二片74LS164，而新的數據則進入了第一片74LS164，這樣，當第六個8個脈沖完成后，首次送出的數據被送到了最左面的164中，其他數據依次出現在第一、二、三、四、五片74LS164中。有個問題，在第一個脈沖到來時，除了第一片74LS164中接收數據外，其他各片在干嗎呢？它們也在接收數據，因為它們的時鐘端都是被接在一起的，可是數據還沒有送到其他各片呢，它們在接收什么數據呢？。。。。。。其實所謂數據不過是一種說法而已，實際就是電平的高低，當第一個脈沖到來時，第一片164固然是從單片機接收數據了，而其它各片也接到前一片的Q8上，而Q8是一根電線，在數字電路中它只可能有兩種狀態：低電平或高電平，也就是“0”和“1”。所以它的下一片74LS164也相當于是在接收數據啊。只是接收的全部是0或1而已。這個問題放在這兒說明，可能有朋友不屑一顧，而有的朋友可能還是不清楚，這實際上涉及到數的本質的問題，如果不懂的，請仔細思考，并找一些數字電路的數，理解164的工作原理，再來看這個問題，或者去看看我的另一篇文章《27課:關于單片機的一些基本概念》的文章。務必搞懂，搞懂了這一點，你的級別就高過開始學習者，可謂入門者了。

入口：把要顯示的數分別放在顯示緩沖區60H-65H共6個單元中，并且分別對應各個數碼管LED0-LED5。

出口：將預置在顯示緩沖區中的6個數成對應的顯示字形碼，然后輸出到數碼管顯示器中顯示。

單片機led顯示程序如下：

DISP: MOV SCON,#00H ;初始化串行口方式0

MOV R1,#06H ;顯示6位數

MOV R0,#65H ;60H-65H為顯示緩沖區

MOV DPTR,#SEGTAB ;字形表的入口地址

LOOP:

MOV A,@R0 ;取最高位的待顯示數據

MOVC A,@A+DPTR ;查表獲取字形碼

MOV SBUF,A ;送串行口顯示

DELAY: JNB TI,DELAY ;等待發送完畢

CLR TI ;清發送標志

DEC R0 ;指針下移一位，準備取下一個待顯示數

DJNZ R1,LOOP ;直到6個數據全顯示完。

RET

SETTAB: ;字形表，前面有介紹，以后我們再介紹字形表的制作。

DB 03H 9FH 27H 0DH 99H 49H 41H 1FH 01H 09H 0FFH

; 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 消隱碼

單片機顯示測試用主程序

ORG 0000H

AJMP START

ORG 30H

START: MOV SP,#6FH

MOV 65H,#0

MOV 64H,#1

MOV 63H,#2

MOV 62H,#3

MOV 61H,#4

MOV 60H,#5

LCALL DISP

SJMP $

如果按圖示數碼管排列，則以上主程序將顯示的是543210，想想看，如果要顯示012345該怎樣送數？

下面我們來分析一下字形表的制作問題。先就上述“標準”的圖形來看吧。寫出數據位和字形的對應關系并列一個表如下（設為共陽型，也就是對應的輸出位為0時筆段亮）

如何，字形表會做了吧，就是這樣列個表格，根據要求（0亮或1亮）寫出對應位的0和1，就成了。做個練習，寫出A-F的字形碼吧。

如果為了接線方便而打亂了接線的次序，那么字形表又該如何接呢？也很簡單，一樣地列表啊。以新實驗板為例，共陽型。接線如下：

P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0

C E H D G F A B

則字形碼如下所示：

;0 00101000 28H

;1 01111110 7EH

;2 10100100 0A4H

;3 01100100 64H

;4 01110010 72H

;5 01100001 61H

;6 00100001 21H

;7 01111100 7CH

;8 00100000 20H

;9 01100000 60H

作為練習，大家寫出A-F的字形代碼。

本來這里是講解單片機數碼管顯示器的靜態接口的，到此應當可算結束了，但是我還想接著上面講到的數的本質的問題再談一點。單片機中有一些術語、名詞本來是幫助我們理解事物的，但有時我們會被這些術語的相關語義所迷惑，以致不能進一步認清他們的本質，由此一般陷入困惑的境界。只有深入地了解了74LS164的工作特性，才能真正理解何謂串行的數據。