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实例解读 51 单片机完全学习与应用 All you need to know about the 8051 microcontroller. 杨欣 Yang X 张延强 Zhang Y 编著 莱 · 诺克斯 Nokes L 王玉凤 Wang Y 刘湘黔 Liu X 主审 电子工业出版社 2011.2. 第 12 章 扫描与显示. www.circuitfly.com 欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息 《 实例解读 51 单片机完全学习与应用 》 All you need to know about the 8051 microcontroller

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实例解读 51 单片机完全学习与应用 All you need to know about the 8051 microcontroller

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51 all you need to know about the 8051 microcontroller

实例解读51单片机完全学习与应用All you need to know about the 8051 microcontroller

杨欣Yang X

张延强Zhang Y

编著

莱·诺克斯Nokes L

王玉凤Wang Y

刘湘黔Liu X

主审

电子工业出版社

2011.2


51 all you need to know about the 8051 microcontroller

第12章 扫描与显示

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编著:杨欣Yang X 张延强Zhang Y 主审:莱·诺克斯Nokes L 王玉凤Wang Y 刘湘黔Liu X


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第12章 扫描与显示

多位七段数码管

时钟里,单片机接收键盘的输入信号,判断用户的按键操作。同时向6位七段数码管发送显示数据。这里就涉及多位七段数码管的显示和键盘的扫描等实用技术。

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第12章 扫描与显示

12.1 ■扫描多位七段数码管

12.1.1 动态扫描的原理

P2.0~P2.3与7447相连,而7447的输出与4位七段数码管SD0~SD3的亮段控制端a~g相连,且SD0~SD3的亮段控制端a~g是并联在一起的。如果P2.0~P2.3输出0110,在4位七段数码管SD0~SD3都工作的情况下,会同时显示数字“6”。

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第12章 扫描与显示

12.1.1 动态扫描的原理

4位七段数码管的共阳端分别被三极管开关控制着,4个三极管开关又被单片机的P0.0~P0.3控制着。我们把这4个控制线称为位选线B0、B1、B2、B3。比如B0=1时,也就是P0.0口输出1,第一位七段数码管SD0共阳端上的三极管开关导通,SD0也就获得电流而发光,此时显示的数字由单片机的P2.0~P2.3状态来决定。

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第12章 扫描与显示

12.1.1 动态扫描的原理

某时刻P0=0000 0001B、P2=0000 0001B,则七段数码管SD0共阳端的三极管开关惟一导通,或者说SD0被惟一选通,且显示数据为数字“1”,所以此时只有SD0显示1。其他七段数码管不亮。

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第12章 扫描与显示

12.1.1 动态扫描的原理

接着,P0=0000 0010B、P2=0000 0010B,七段数码管SD1被惟一选通,且显示数据为数字“2”。然后,P0=0000 0100B、P2=0000 0011B,SD2被惟一选通,显示 “3”。最后,P0=0000 1000B、P2=0000 0100B,SD3被惟一选通,显示 “4”。

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第12章 扫描与显示

12.1.1 动态扫描的原理

由于人眼的视觉暂留原理,如果这种依次惟一选通每一位七段数码管的动作在0.1s内完成,就会造成多位七段数码管同时点亮显示各自数字的假象,人眼也就会看到如图12-4所示的4位显示数据“1234”。

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第12章 扫描与显示

12.1.2 动态扫描操作指南

  • 动态扫描概括起来就是选通一位、送一位数据。采用动态显示时需要注意以下3点问题:

  • 由于每一位七段数码管的点亮时间很短,扫描过程中要保证每一位七段数码管得到足够的工作电流,从而确保亮度,通常取限流电阻阻值为20~100Ω。

  • 在选通下一位七段数码管时,应把上一位熄灭,再将下一位显示数据送出,防止显示数据出现残影。

  • 点亮一遍所有七段数码管的时间应尽量小于0.1s,以保证足够短的时间,使眼睛产生各位七段数码管同时显示的错觉,一般点亮一遍所有七段数码管的时间应小于60ms为宜。

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第12章 扫描与显示

12.1.3 动态扫描方式程序

控制每一位七段数码管都有4行指令,第一行向P0送出位选数据,第二行向P2输出显示数字数据,第三行是1ms的延时,最后一行“ANL P0,#00H”是把P0与00H做与运算,之后P0=00H,这样所有七段数码管都有熄灭,防止残影的出现。

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第12章 扫描与显示

12.2 ■扫描键盘

12.2.1 什么是键盘

键盘是最为常见输入外设之一,如图键盘由16个按钮开关以4(行)×4(列)进行排列。从结构上看,键盘就是一个由多个(按钮)开关有机连接形成的功能器件。键盘一般由数据线与单片机的I/O口相连。

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第12章 扫描与显示

12.2.2 键盘的电路结构

16个按钮以4(行)×4(列)组成开关阵列,单片机的P2.0~P2.3作为行线、P2.4~P2.7作为列线与这个开关阵列相连。每个开关跨接在某一行与某一列之间,如果开关被按下,则对应位置的行与列短路。比如说数字键“1”按下时,P2.0与P2.4就会短路。所以,只要检测行与列是否短路就能判断对应的按键是否被按下。

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第12章 扫描与显示

12.2.3 键盘按键判断程序

  • 为了确保上一次的键盘按键已经释放,需要一次性把0输出到所有的行上(P2.0~P2.3),然后检测所有的列(P2.4~P2.7),直到全部列出现1,程序再延时片刻,然后等待检测新一次的按键按下。

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第12章 扫描与显示

12.2.3 键盘按键判断程序

  • 为了检测是否有按键被按下,所有的列将一次又一次不停地循环扫描,直到其中一列检测到0。当检测到某一按键按下后,将等待20ms(等待按键释放),之后又开始对所有的列进行扫描。这样做有两个好处:一是保证检测到的确实是按键被按下而不是噪音或干扰,二是通过20ms防止长按下某一按键时被误认为是多次按下动作。

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第12章 扫描与显示

12.2.3 键盘按键判断程序

  • 为了能定位是哪一行的按键被按下,一次只某一行输出0,并扫描检测所有的列。如果发现所有的列都是1,这意味着不是该行的按键被按下,于是向下一行输出0并扫描检测所有的列,直到找出出现0的列为止。

  • 为了最终确定是哪一个按钮被按下,依次把列的状态放到进位标志C中进行判断,当找到某列为0,就将对应数据表中的键值取出。

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第12章 扫描与显示

12.2.3 键盘按键判断程序

  • 当找到按下按键所在行,就把这个行数作为查表操作的起始地址,程序数据表中保存的是按钮对应的字义,或者叫键值。键值可以是数字,也可以是字母等。

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第12章 扫描与显示

12.3 ■扫描发光二极管点阵

12.3.1 显示原理

发光二极管点阵器件由8(行)×8(列)独立的发光二极管组成,在器件的正面有64个白色的圆点,这些圆点可以通过背面的管脚控制点亮。显示信息也正是通过点亮发光二极管组合实现的。

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第12章 扫描与显示

12.3.1 显示原理

要在8×8发光二极管点阵上分别显示“H”、“古”、“9”、“?” 4个字符,可按图12 -11所示点亮某些位置上的发光二极管即可。

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第12章 扫描与显示

12.3.2 发光二极管点阵器件结构

点阵中每一个发光二极管在行、列的交点上,只要行、列之间通过电流,则交点的发光二极管就会发光。比如列P0.5和行P2.2之间有电流通过(P0.5为正,P2.2为负),则交点上的发光二极管被点亮。

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第12章 扫描与显示

12.3.2 发光二极管点阵器件结构

比如要在8×8发光二极管点阵上显示字母“H”,需要点亮交点上的发光二极管为:P2.0—P0.6、P2.0—P0.1、P2.1—P0.6、P2.1—P0.1、P2.2—P0.6、P2.2—P0.1、P2.3—P0.6、P2.3—P0.5、P2.3—P0.4、P2.3—P0.3、P2.3—P0.2、P2.3—P0.1、P2.4—P0.6、P2.4—P0.1、P2.5—P0.6、P2.5—P0.1、P2.6—P0.6、P2.6—P0.1、P2.7—P0.6、P2.7—P0.1。

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第12章 扫描与显示

12.3.2 发光二极管点阵器件结构

点亮的发光二极管用1代表,熄灭的用0代表,可得到字母“H”的编码(从横向上进行编码),每一行的编码用十六进制表示为:42H、42H、42H、7EH、42H、42H、42H、42H。如果发光二极管点阵与单片机的I/O口相连,则从I/O口依次输出这些编码,就会在器件上显示出字母“H”来。

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第12章 扫描与显示

12.3.3 发光二极管点阵与单片机电路

发光二极管点阵与单片机接口的电路:P0口经过8支三极管进行驱动。当P0口某位输出1,对应三极管导通,点阵对应列上出现高电平。点阵的行则由单片机的P2口经过非门7404来驱动,当P2口某位输出1,经过非门后,对应行上应该出现低电平。这样,当P0口某位输出1、P2口某位输出1,则对应行、列交点上的发光二极管被点亮。

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第12章 扫描与显示

12.3.4 点阵显示程序

利用点阵显示“H” :将字母“H”的编码42H、42H、42H、7EH、42H、42H、42H、42H保存在数据表“TABLE”中,在程序中使用指令“MOVC A, @A+DPTR”进行数据的提取。

程序12-4中,“START”程序段清屏并初始化一些寄存器,后面的“SCAN_ROW”程序段选通发光二极管点阵的某一行,由“SCAN_COLUMN”程序段将该行的显示数据从“TABLE”中提取并从P0口输出显示。“CLEAR”段进行清屏并判断是否已将8个显示数据显示完。如果需要显示的数据有许多字母或数字,可以把这些字母或数字的编码依次放到TABLE中,并对程序12-4进行适当的调整即可。

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第12章 扫描与显示

12.3.5 点阵屏幕的应用

实际一般会使用更多的点阵构成大屏幕来显示更丰富的信息,尤其在中文、图形等显示中,点阵越多,屏幕的表现能力就越强。

发光二极管点阵越多,与单片机的接口电路、控制程序就越复杂。8个8×8的发光二极管点阵与单片机连接,这8个点阵器件两两成行,形成4列的排列,所以屏幕的点阵为16×32,即16行32列,共512个点。

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第12章 扫描与显示

12.4 ■液晶屏

12.4.1 液晶屏的应用

液晶屏的低功耗、显示信息丰富等特点使其在电子产品中广泛使用。在90%以上的场合中,液晶屏都是以单片机等为核心的嵌入式系统的显示外设,所以它近年来的普及与单片机的快速发展密不可分。

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第12章 扫描与显示

12.4.2 字符液晶屏

字符液晶屏:图示为一款16×2的字符液晶屏。16×2表示该液晶屏每行最多显示16个字符,且能显示2行。显示的字符可以是英文大、小写字母、数字、标点符号、常用符号等。如图中显示区域中的内容“Active Robots”和“Supply = 4.97V”就包括了字母、数字、符号等信息。

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第12章 扫描与显示

12.4.3 字符液晶屏显示原理

液晶屏的显示控制方法与七段数码管有本质的不同,液晶屏中由一个个点阵块显示。20×4字符液晶屏每行可显示20个字符,最多显示4行。而每个字符的显示都由点阵块实现,所以20×4字符液晶屏有80个点阵块。

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第12章 扫描与显示

12.4.4 单片机与字符液晶屏的接口

液晶屏的显示全靠单片机对其管脚的控制实现。

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第12章 扫描与显示

12.4.4 单片机与字符液晶屏的接口

  • Vcc、Vss(1、2管脚)——电源端。液晶屏的+5V工作电压与单片机相同。

  • Vee(3管脚)——液晶屏驱动电源。该管脚的电平决定了液晶屏的对比度,通常可用一个分压器控制Vee管脚的电压从而调整对比度。

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第12章 扫描与显示

12.4.4 单片机与字符液晶屏的接口

  • RS(4管脚)——命令/数据选择线。RS状态决定了数据总线DB0~DB7上的信号是命令还是显示数据。RS=0时,DB0~DB7的信号视为命令数据。RS=1时,DB0~DB7的信号则作为液晶屏的显示数据。

  • R/W(5管脚)——读/写控制线。控制是从液晶屏读数据还是向液晶屏写数据。 R/W =0时,写数据。 R/W =1时,读数据。

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第12章 扫描与显示

12.4.4 单片机与字符液晶屏的接口

  • E(6管脚)——使能端。该管脚控制液晶屏从数据总线DB0~DB7上将数据读入液晶屏。当该管脚上的电平由1向0变化时,数据总线DB0~DB7的数据被读入液晶屏。

  • DB0~DB7(7~14管脚)——数据总线。这8位数据总线是数据交换的通道,单片机向液晶屏送入的命令或数据都通过这8位数据总线进行。

+LED、-LED(15、16管脚)——液晶屏背光供电端。这两个管脚是液晶屏背光供电端,正常工作的电流约在190mA左右。

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第12章 扫描与显示

12.4.5 字符液晶屏的控制程序

单片机需要先向液晶屏输出一些显示设置命令,然后再输出显示数据。当单片机向液晶屏输出显示设置命令时,RS管脚应该清0。当设置完成后,需要使RS管脚置1以向液晶屏输入显示数据。同时,R/W管脚也接低电平,液晶屏接受数据从DB0~DB7写入。

当RS管脚和R/W管脚设置妥当后,执行对E管脚清0,就会在E管脚上形成一个由高向低的跳变,这个跳变就使得命令或显示数据从数据总线DB0~DB7进入液晶屏。

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第12章 扫描与显示

12.4.5 字符液晶屏的控制程序

液晶屏显示“Hello, world!”的程序:开始部分使用伪指令“BIT”将RS、RW、E 这3个变量分别指向单片机的3个I/O口,这3个I/O口控制着液晶屏的相应管脚。这样,后面的程序对变量RS、RW、E的操作就相当于对液晶屏的RS、R/W、E的操作。

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第12章 扫描与显示

12.4.5 字符液晶屏的控制程序

  • 在“START”段中,命令对液晶屏进行显示前的设置,这些设置包括以下几个步骤:

  • 01H-清屏

  • 38H-设定显示2行内容

  • 0FH-打开显示,打开光标,光标闪烁

  • 06H-光标右移

  • 80H-光标来到液晶屏第1行的开头

  • C0H-光标来到液晶屏第2行的开头

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第12章 扫描与显示

12.4.5 字符液晶屏的控制程序

当设置完成后,指令“MOV DPTR, #TABLE_1”进行装表,调用“DISPLAY”子程序把数据表中数据装入累加器A中,随后再调用“SEND_DATA”子程序把显示数据从P1口输出,由于在“SEND_DATA”中设置RS=1,所以液晶屏会把P1口的数据作为显示数据来显示。

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《实例解读51单片机完全学习与应用》All you need to know about the 8051 microcontroller

编著:杨欣Yang X 张延强Zhang Y 主审:莱·诺克斯Nokes L 王玉凤Wang Y 刘湘黔Liu X


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第12章 扫描与显示

12.4.5 字符液晶屏的控制程序

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第12章 扫描与显示

12.4.5 字符液晶屏的控制程序

显示数据“Hello,”和“world!”分别保存在数据表TABLE_1和TABLE_2中。两个数据表都以88H为取表结束的标志。如果需要显示其他内容,只要修改数据表中的内容即可。

数据表TABLE_1和TABLE_2中放置的是字符串,所以使用单引号把内容括起来。字符串在程序汇编过程中,汇编器会自动将每一个字符(字母、数字、标号符号等)转换成相应的ASCII码,并以十六进制数的形式保存在数据表中(各种字符的ASCII码可参考附录G)。

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第12章 扫描与显示

12.4.6 图形点阵液晶屏显示原理

图形点阵液晶屏较字符液晶屏的显示能力更胜一畴,它除了能显示文字、标点符号外,还能显示各种图形。图形点阵液晶屏有多种规格供选用,例如,128×64的点阵屏每行有128个点,共有64列,所以整屏共有128×64=8192个点。

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第12章 扫描与显示

12.4.7 单片机与图形点阵液晶屏的接口

  • Vcc、Vss(1、2管脚)——电源端。Vcc与Vss分别与+5V和GND相连,为液晶屏提供工作电源。

  • Vee(3管脚)——液晶屏驱动电源。该管脚的电平决定了液晶屏的对比度,通常可用一个分压器控制Vee管脚的电压从而调整对比度。

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第12章 扫描与显示

12.4.7 单片机与图形点阵液晶屏的接口

  • D/I(4管脚)——命令/数据选择线。该管脚的状态决定了数据总线DB0~DB7上的信号是命令还是显示数据。当D/I =0时,DB0~DB7的信号视为命令数据。当D/I =1时,DB0~DB7的信号则作为液晶屏的显示数据。

  • R/W(5管脚)——读/写控制线。该管脚控制是从液晶屏读数据还是向液晶屏写数据。R/W=0时,写数据。R/W=1时,读数据。

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第12章 扫描与显示

12.4.7 单片机与图形点阵液晶屏的接口

  • E(6管脚)——使能端。该管脚控制液晶屏从数据总线DB0~DB7上将数据读入液晶屏。当该管脚上的电平由1向0变化时,数据总线DB0~DB7的数据被读入液晶屏。

  • DB0~DB7(7~14管脚)——数据总线。这8位数据总线是数据交换的通道,单片机向液晶屏送入的命令或数据都通过这8位数据总线进行。

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第12章 扫描与显示

12.4.7 单片机与图形点阵液晶屏的接口

  • /CS1、/CS2 (15、16管脚)——左、右屏显示选择。当/CS1=0时,液晶屏的左半边显示。当/CS2=0时,液晶屏的右半边显示。

  • /RST(17管脚)——复位端。当/RST =0时,液晶屏复位。

  • VEE(18管脚)——负电源输出端,输出-5V,参与液晶屏对比度的调整。

  • +LED、-LED(19、20管脚)——液晶屏背光供电端。

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第12章 扫描与显示

12.4.8 图形点阵液晶屏的控制程序

图形点阵液晶屏的控制与字符液晶屏相似,在对数据总线DB0~DB7操作时分成下命令和写数据两个步骤。以128×64点阵屏为例,它具有如表12-2所示的命令。在命令之后的程序12-7是128×64点阵液晶屏的程序例子,运行程序,将在液晶屏上显示“电路飞翔 服务电子者 www.circuitfly.com”字样。在购买不同品牌的液晶屏时,命令格式、管脚可能与本例有所不同。可向经销商索取器件的使用手册,在手册里应该有该品牌产品的命令说明、演示程序、技术指标等。

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第12章 扫描与显示

12.5 ■应用体验——电子时钟

12.5.1 功能及电路

时钟除了显示时间外还同时应该具有调整时间的功能。本节将要体验的电子时钟,开机时,显示“00-00-00”,表示00时00分00秒。时钟有3个调整时间的按钮,分别调整时、分、秒。这与一个普通的电子时钟没有什么区别。

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第12章 扫描与显示

12.5 ■应用体验——电子时钟

见本书光盘中的视频演示

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第12章 扫描与显示

12.6 ■ 实例解读——带汉字字库的液晶屏

12.6.1 带汉字字库的液晶屏

带汉字字库的液晶屏:自带一个存储器,其中预先固化了汉字(简、繁体)、标点、符号、日文元音等编码。图示的128×64带汉字字库的液晶屏,内置有8192个16×16点阵的汉字和128个16×8点阵的ASCII字符。该屏可以显示4行汉字,每行最多显示8个汉字。128×64带汉字字库的液晶屏的价格在50至上百元不等。

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第12章 扫描与显示

12.6.1 带汉字字库的液晶屏

在单片机控制带汉字字库的液晶屏时,通过命令和数据总线就可以直接调用液晶屏存储器中的汉字等编码进行显示,图示为带汉字字库的液晶屏技术手册中提供的字型码表的一部分,码表通常以汉字的音序进行排序。“X”——A3D8,[email protected],“啊”——B0A1,“包”——B0FC。

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