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第24章 LED数码管显示
对于人机交互式单片机系统来说,不仅需要响应用户输入,同时也需要将一些测控信息输出显示。这些显示信息可以提供实时的数据或图形结果,以便于掌握系统的状态并进行分析处理。目前,在单片机中最常用的是LED数码管显示。其成本低廉、使用简便,可以显示数字或几个特定的字符。本章将主要介绍LED数码管的种类与结构,以及使用51系列单片机如何实现显示,包括静态显示和动态显示。本章还通过实例介绍了单个LED和多个LED的使用方法。
LED数码管概述
LED即发光二极管,英文全称为Light Emitting Diode。单独的发光二极管便是一个最简单的LED,通过控制其的亮灭来作为信号指示,一般用于电源指示灯、工作状态指示等。单个的发光二极管使用比较简单。
LED数码管是由若干个发光二极管组成的显示字段的显示器件,一般简称为数码管。当数码管中的某个发光二极管导通的时候,相应的一个字段便发光,不导通的则不发光。LED数码管可以根据控制不同组合的二极管导通,来显示各种数据和字符。
单片机应用系统中使用最多的是7段LED,其可以显示十进制数字以及一些英文字符。7段LED显示模块可以分为共阴极和共阳极两种,下面分别进行介绍。
7段共阳极LED结构及显示段码
7段共阳极LED数码管是由7个条形发光二极管和一个小数点位构成,其引脚配置,如图所示,其内部结构,如图所示。从图中可以看出,其中7个发光二极管构成字形“8”,可以用来显示数字,另一个发光二极管构成小数点。因此,这种数码管有时也被称为8段LED数码管显示器。
7段共阴极LED结构及显示段码
共阴极7段LED数码管和共阳极LED数码管结构类似,其引脚配置,如图所示。从图中可以看出7段LED数码管同样由8个发光二极管组成,其中7个发光二极管构成字形“8”,另一个发光二极管构成小数点。
共阴极7段LED数码管的内部结构,如图所示。其中所有发光二极管的阴极为公共端,接GND。如果发光二极管的阳极极为高电平的时候,发光二极管导通,该字段发光;反之,如果发光二极管的阳极为低电平的时候,发光二极管截止,该字段不发光。
单个LED驱动实例
前面介绍了LED数码管的结构及其显示方式。LED数码管主要用于显示数字和一些特定的字符。这里通过一个具体的实例介绍一下,如何使用51系列单片机来进行数字和字母的显示。
电路图
本例主要用来使用共阳极LED数码管显示数字或字符,读者可以从中掌握LED数码管的基本操作方法。这里给出完整的电路原理图,如图所示。
静态驱动显示
LED数码管静态显示方式是指,当数码管显示某个字符的时候,相应字段的发光二极管恒定地导通或者截止,即亮灭是完全不变的。在这种情况下,多个LED是同时显示的。
这里以4个共阴极LED数码管为例,如图所示。其公共端接GND,每个LED数码管的字段引脚分别接单片机的P0、P1、P2、P3端口,这样便可以为每个数码管单独赋值操作。
动态驱动显示
动态显示是指每隔一段时间循环点亮每个LED数码管,每次只有一个LED被点亮。根据人眼的视觉暂留效应,当循环点亮的速度很快的时候,可以认为各个LED是稳定显示的。
动态显示的硬件连接比较简单。这里使用了8个LED数码管,将所有LED的8段引脚并联在一起,连接到8位的I/O数据总线上。而各个LED的共阳极引脚或共阴极引脚分别由另一组I/O线控制, 从图中可以看出,使用两个8位的I/O端口便可以动态显示8位LED数码管。其中一个并口作为LED数码管的控制引脚,另一个并口作为公共的数据总线。
程序中采用扫描显示的方式,即在同一时刻,只使用一个LED显示数据。通过为共阴极LED(或共阳极LED)的公共引脚赋低电平(或高电平),从而选择某个LED显示。如此循环,使每个LED显示该LED应显示的数据,并进行适当的延时,形成视觉暂留效果。这样便可以达到动态显示的目的。