Done is better than perfect.比完美更重要的是完成比完美更重要的是完成FACEBOOK2022年年11月月4日日 教学内容教学内容2第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用7.1 单片机外部扩展概述单片机外部扩展概述7.2 单片机外部存储器的扩展单片机外部存储器的扩展7.3 单片机外部键盘的扩展单片机外部键盘的扩展7.4 单片机外部单片机外部LED数码显示器的扩展数码显示器的扩展7.5 单片机外部单片机外部A/D转换器的扩展转换器的扩展 LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理 LED静态显示接口及应用静态显示接口及应用 LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用3第六章第六章 80C51单片机内嵌外设及应用单片机内嵌外设及应用 LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理(Light Emiting Diode)：发光二极管：发光二极管4第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用外加正向电压小于正向阈值电压时，外加正向电压小于正向阈值电压时，LED不导通；当外加电压大于正向阈不导通；当外加电压大于正向阈值电压时，值电压时，LED导通，同时发光。
导通，同时发光LED二极管的正向导通电压比普通二二极管的正向导通电压比普通二极管大，具体数值与极管大，具体数值与LED材料有关材料有关LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理(Light Emiting Diode)：发光二极管：发光二极管5第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用限流电阻，控制流过限流电阻，控制流过LED的电流的电流+5V电源电源正向导通发光，反向截止熄灭正向导通发光，反向截止熄灭工作电流工作电流520mA，最大不能超过，最大不能超过50mA压降压降1.22.5V之间之间接单片机接单片机I/O引脚，引脚，引脚输出低电平时，引脚输出低电平时，发光二级管导通发光二级管导通 LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理：又称数码管，是由发光二极管组成的发光器件，可以用来显：又称数码管，是由发光二极管组成的发光器件，可以用来显示数字、字符等，在家电及工业控制领域有着很广泛的应用，例如用来显示示数字、字符等，在家电及工业控制领域有着很广泛的应用，例如用来显示温度、数量、重量、日期、时间等，具有显示醒目、直观的优点温度、数量、重量、日期、时间等，具有显示醒目、直观的优点。
6第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理单个单个LED数码管内部由数码管内部由7个独立的个独立的(排列成排列成“日日”字形字形)和和1个个(可作为小数点可作为小数点)组成，根据各发光二极管组成，根据各发光二极管(称为称为“段段”)的亮灭组成的亮灭组成数字或字符每段的亮灭均可单独控制数字或字符每段的亮灭均可单独控制7第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用8个独立的个独立的LED发光二极管发光二极管abcdefghCOM COM abcdefgh共阴共阴：阴极并联：阴极并联 共阳共阳：阳极并联：阳极并联 a b c d e f g h 为了方便地控制数码管为了方便地控制数码管的每个段，相应地将数码的每个段，相应地将数码管的每个段分别命名为管的每个段分别命名为ah在实际应用中，一般会在实际应用中，一般会将数码管将数码管8个个LED的阳极的阳极或者阴极并联在一起或者阴极并联在一起由此可见，一个数码管由此可见，一个数码管至少有至少有9个输入端，其中个输入端，其中ah被定义为被定义为“段选端段选端”，并联在一起的公共端并联在一起的公共端com被定义为被定义为“位选端位选端”。
LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理通过控制通过控制“段段”的发光与熄灭，数码管可以显示数字和一些字母符号：的发光与熄灭，数码管可以显示数字和一些字母符号：8第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用abcdefghGND 共阴极数码管共阴极数码管 共阴极数码管段发光：共阴极数码管段发光：位选端输入低电平位选端输入低电平0；段选端输入高电平段选端输入高电平1a b c d e f g h COM 10000000 LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理通过控制通过控制“段段”的发光与熄灭，数码管可以显示数字和一些字母符号：的发光与熄灭，数码管可以显示数字和一些字母符号：9第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用+5V abcdefgh共阳极数码管共阳极数码管 a b c d e f g h 共阳极数码管段发光：共阳极数码管段发光：位选端输入高电平位选端输入高电平1；段选端输入低电平段选端输入低电平0COM 10000000 LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理：共阴极数码管显示数字：共阴极数码管显示数字“2”：10第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用abcdefghGND 共阴极数码管共阴极数码管 a b c d e f g h 11011010a 段码：段码：0101 1011(5BH)+5V abcdefgh共阳极数码管共阳极数码管 00100101段码：段码：1010 0100(A4H)LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理11第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理市售的市售的LED数码管尺寸、颜色多样，常见数码管尺寸、颜色多样，常见1位位LED数码管有数码管有个引脚，个引脚，排列如下：排列如下：12第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用其中其中3脚、脚、8脚为公共端脚为公共端(位选端位选端)，根，根据内部发光二极管的接线形式可分为据内部发光二极管的接线形式可分为共阴极共阴极(Common Cathode，)和共和共阳极阳极(Common Anode，)两种类型。
两种类型LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理13第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用使用使用1位共阳极位共阳极LED数码管时，数码管时，公共端公共端(位选端位选端)接电源电压；接电源电压；段选端通过段选端通过1k限流电阻接限流电阻接单片机单片机I/O口用单片机的口用单片机的I/O口控制每段口控制每段LED的亮灭通过程序从通过程序从I/O口输出待显示口输出待显示字符的段码字符的段码LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理14第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用使用使用1位共阴极位共阴极LED数码管时，公共端数码管时，公共端(位选端位选端)接地；由于单片机接地；由于单片机I/O口驱动能力不口驱动能力不够，不能直接将段选端接单片机够，不能直接将段选端接单片机I/O口，因此在电路中增加三级管用作驱动三级口，因此在电路中增加三级管用作驱动三级管的集电极与管的集电极与LED数码管的段选端相连数码管的段选端相连LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理15第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用若直接用单片机若直接用单片机I/O口驱动口驱动LED，则，则LED的电的电流由单片机流由单片机I/O口提供，由于口提供，由于80C51单片机单片机I/O口口(P1、P2和和P3口口)输出场效应管的内部上拉电输出场效应管的内部上拉电阻很大，约有几百阻很大，约有几百K，因此输出电流很小，一，因此输出电流很小，一般不超过般不超过1mA，基本无法驱动，基本无法驱动LED发光。
发光LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理16第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用I/O口输出高电平时，口输出高电平时，LED发光，其电流由发光，其电流由VCC提供，提供，R为限流电阻，阻值一般为几百欧；为限流电阻，阻值一般为几百欧；I/O口输出低电平时，口输出低电平时，LED熄灭，熄灭，R上通过的电流大上通过的电流大于于LED发光时的电流，且该电流流入单片机引脚发光时的电流，且该电流流入单片机引脚单片机允许向全部引脚灌入的最大总电流为有限单片机允许向全部引脚灌入的最大总电流为有限的，一般为几十毫安，一旦单片机的的，一般为几十毫安，一旦单片机的I/O口通过口通过上拉电阻驱动较多的上拉电阻驱动较多的LED(如数码管如数码管)，当单片机，当单片机I/O口都输出低电平时，向引脚灌入的总电流可口都输出低电平时，向引脚灌入的总电流可能超过上限值，导致单片机工作不稳定能超过上限值，导致单片机工作不稳定LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理17第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理18第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用这种接口电路在单片机输出低这种接口电路在单片机输出低电平时，利用三极管的截止，电平时，利用三极管的截止，防止电流灌入单片机防止电流灌入单片机I/O引脚。
引脚同时，也增强了对同时，也增强了对LED的驱动的驱动能力LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理：使：使1位共阳极数码管循环显示位共阳极数码管循环显示09，接口电路如下：，接口电路如下：19第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用编程思路编程思路：要让：要让LED显示数字，只显示数字，只需向需向P0口送出相应的段码即可由口送出相应的段码即可由于数字于数字09的段码没有规律可循，的段码没有规律可循，可以考虑用可以考虑用的方式来完成在的方式来完成在程序设计中可以设计一个循环变量，程序设计中可以设计一个循环变量，依次赋值依次赋值09，然后以这个变量为，然后以这个变量为下标去查找段码数组，再把查到的下标去查找段码数组，再把查到的数据送数据送P0口LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理程序源代码：程序源代码：unsigned char tab=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90;/定义数组定义数组tab，并初始化为数字，并初始化为数字09的共阳极数码管段码的共阳极数码管段码void main(void)while(1)unsigned char i;/定义循环变量定义循环变量 for(i=0;i10;i+)P0=tabi;/找出以循环变量为下标的数组元素，输出到找出以循环变量为下标的数组元素，输出到P0口口 delay();/每输出每输出1个数字，延时一小段时间个数字，延时一小段时间 20第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 问题？问题？1个数码管只能显示个数码管只能显示1位数字，如果要显示多位数字怎么办？位数字，如果要显示多位数字怎么办？有两种方式：静态显示方式和动态显示方式。
有两种方式：静态显示方式和动态显示方式各位：各位LED数码管数码管显示各位：各位LED数码管数码管显示；同一时刻只有显示；同一时刻只有1位位LED数码管显示；但因为显示间隔非常短暂，由于人眼的视觉暂留效应，人数码管显示；但因为显示间隔非常短暂，由于人眼的视觉暂留效应，人眼看到的仍然是同时显示的字符眼看到的仍然是同时显示的字符21第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理 LED静态显示接口及应用静态显示接口及应用 LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用22第六章第六章 80C51单片机内嵌外设及应用单片机内嵌外设及应用 LED静态显示接口及应用静态显示接口及应用静态显示方式接口电路：每个静态显示方式接口电路：每个LED数码管的数码管的按共阴极或共阳极分按共阴极或共阳极分别别；每个；每个LED数码管的数码管的8根根通过通过接单片机接单片机这样，每个数码管都要单独占用一个并行这样，每个数码管都要单独占用一个并行I/O口，以口，以便单片机向数码管传送段码当显示位数较多时，并行便单片机向数码管传送段码当显示位数较多时，并行I/O口可能会口可能会不够用，这时也可以采用不够用，这时也可以采用的方法，使串口工作在移位寄的方法，使串口工作在移位寄存器方式，通过在单片机外部增加移位寄存器构成多位显示电路。
存器方式，通过在单片机外部增加移位寄存器构成多位显示电路23第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED静态显示接口及应用静态显示接口及应用24第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用4个个I/O口均用于向口均用于向LED显示器输出段码，称作显示器输出段码，称作“段控段控”LED静态显示接口及应用静态显示接口及应用：在扩展多位：在扩展多位LED数码管时，由于数码管时，由于80C51单片机单片机I/O口的驱动能力口的驱动能力有限有限(输出电流和灌入电流均有一定限制输出电流和灌入电流均有一定限制)，不论使用共阴极数码管还，不论使用共阴极数码管还是共阳极数码管，是共阳极数码管，驱动电路可以直接由三极管构成，也可以由小规模集成电路驱动驱动电路可以直接由三极管构成，也可以由小规模集成电路驱动器器(如如7407)或者驱动芯片或者驱动芯片(如如74HC245)构成25第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED静态显示接口及应用静态显示接口及应用74LS245是是8路同相三态双向数据总线路同相三态双向数据总线驱动芯片，具有双向三态功能，既驱动芯片，具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。
可以输出，也可以输入数据引脚说明引脚说明:A0A7 总线端总线端 B0B7 总线端总线端/CE 三态门允许端三态门允许端(低电平有效低电平有效)AB/BA 方向控制端方向控制端 26第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED静态显示接口及应用静态显示接口及应用LED静态显示接口电路：静态显示接口电路：27第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED静态显示接口及应用静态显示接口及应用在静态显示方式下，在静态显示方式下，LED显示程序和显示程序和1位位LED显示的程序类似；只需通显示的程序类似；只需通过写过写I/O端口，送出相应端口，送出相应LED数码管的段码即可如：数码管的段码即可如：P0=0 xc0;/使使P0口连接的共阳极口连接的共阳极LED数码管显示数码管显示0；28第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED静态显示接口及应用静态显示接口及应用各数码管同时显示，各数码管同时显示，数码管始终发光，功耗比较大；数码管始终发光，功耗比较大；硬件电路复杂，使用元器件多、成本高；硬件电路复杂，使用元器件多、成本高；占用单片机占用单片机I/O多，适合显示位数较少的场合；多，适合显示位数较少的场合；软件编程简单，数据一但输出，不再占用软件编程简单，数据一但输出，不再占用CPU时间。
时间29第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED数码显示器的结构与原理数码显示器的结构与原理 LED静态显示接口及应用静态显示接口及应用 LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用30第六章第六章 80C51单片机内嵌外设及应用单片机内嵌外设及应用 LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用每次只有一位数码管显示，即在实际操作过程中各个数码管轮流显示每次只有一位数码管显示，即在实际操作过程中各个数码管轮流显示只要轮流显示的速度足够快，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的只要轮流显示的速度足够快，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉，人眼看到的将是整体显示的效果余辉，人眼看到的将是整体显示的效果31第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用以以8位位LED动态显示动态显示20131126为例：为例：32第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用人眼实际看到的效果：人眼实际看到的效果：LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用动态显示方式接口电路：因为同一时刻只选通动态显示方式接口电路：因为同一时刻只选通1个个LED数码管进行显示，数码管进行显示，则则；所有；所有LED数码管的数码管的通过通过接单片机的接单片机的一个一个。
33第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用34第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用1个个I/O口用于向口用于向LED显示器输出段码，称作显示器输出段码，称作“段控段控”；1个个I/O口用于控制口用于控制LED显示器的亮、灭，称作显示器的亮、灭，称作“位控位控”LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用CPU向段控端送出段码时，因为数码管的段选同名端并接，所有数码管向段控端送出段码时，因为数码管的段选同名端并接，所有数码管将接收到相同的段码但究竟是哪个数码管进行显示，则取决于将接收到相同的段码但究竟是哪个数码管进行显示，则取决于LED的位选端，位选端的信号来自单片机的位控端，由单片机输出的位选端，位选端的信号来自单片机的位控端，由单片机输出位码到位控端控制位码到位控端控制对于共阳极数码管，位选端为高电平时选通；对于共阴极数码管，：对于共阳极数码管，位选端为高电平时选通；对于共阴极数码管，位选端为低电平时选通不论使用共阴极数码管还是共阳极数码管，位选端为低电平时选通不论使用共阴极数码管还是共阳极数码管，。
35第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用LED动态显示接口电路：动态显示接口电路：36第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用：使使4位共阳极数码管显示数字位共阳极数码管显示数字“1234”；单片机；单片机P3口为段控口，口为段控口，P2口口的低的低4位为位控口位为位控口如要动态显示如要动态显示4位数码，则其显示步骤可表示如下：位数码，则其显示步骤可表示如下：i=0;do从位控口输出从位控口输出使得第使得第i位数码管处于显示状态；位数码管处于显示状态；通过查表法找到第通过查表法找到第i位数码管需要显示的字符，从段控口输出位数码管需要显示的字符，从段控口输出进行显示；进行显示；延时一小段时间；延时一小段时间；i+;while(i4)37第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用程序源代码：程序源代码：unsigned char tab=0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99;/定义数组定义数组tab，并初始化为数字，并初始化为数字14的共阳极数码管段码的共阳极数码管段码void main(void)while(1)unsigned char i;/定义循环变量定义循环变量 for(i=0;i4;i+)P2=_cror_(0 x08,i);/输出位选信号输出位选信号 P3=tabi;/找出以循环变量为下标的数组元素，输出到找出以循环变量为下标的数组元素，输出到P0口口 delay();/每输出每输出1个数字，延时一小段时间个数字，延时一小段时间 38第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用最后一个问题：为了使人眼看到稳定的、同时整体显示的结果，数码管最后一个问题：为了使人眼看到稳定的、同时整体显示的结果，数码管轮流显示的速度到底得多快呢？轮流显示的速度到底得多快呢？答案：每个答案：每个LED数码管刷新频率必须大于数码管刷新频率必须大于25Hz，即每个，即每个LED数码管相数码管相邻两次点亮的时间间隔要小于邻两次点亮的时间间隔要小于40ms，也就是单片机完整扫描，也就是单片机完整扫描1次次LED数码管所需的时间必须小于数码管所需的时间必须小于40ms。
对于具有对于具有N个个LED数码管的动态显数码管的动态显示电路来说，每一个示电路来说，每一个LED数码管的显示时间小于数码管的显示时间小于40/N(ms)39第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 LED动态显示接口及应用动态显示接口及应用各数码管轮流显示，各数码管轮流显示，数码管轮流发光数码管轮流发光，LED发光亮度发光亮度和稳定度不如静和稳定度不如静态显示方式；态显示方式；硬件电路较静态显示方式简单，使用元器件少、硬件开销低；硬件电路较静态显示方式简单，使用元器件少、硬件开销低；占用单片机占用单片机I/O少，适合显示位数较多的场合；少，适合显示位数较多的场合；软件编程比静态显示方式复杂，软件编程比静态显示方式复杂，CPU必须要轮番送出位码和段码，花必须要轮番送出位码和段码，花费费CPU较多的时间较多的时间40第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用 单片机外部单片机外部LED数码显示器的扩展小结数码显示器的扩展小结学完本节，你应该达成以下学习目标：学完本节，你应该达成以下学习目标：理解理解LED数码显示器的相关概念：共阴数码显示器的相关概念：共阴/共阳极数码管、段选、位选、共阳极数码管、段选、位选、段控、位控；段控、位控；掌握掌握LED数码显示器静态及动态接口电路的工作原理和应用；数码显示器静态及动态接口电路的工作原理和应用；掌握掌握LED数码显示器接口电路设计；数码显示器接口电路设计；掌握掌握LED数码显示器的程序设计方法。
数码显示器的程序设计方法41第七章第七章 单片机外部扩展资源及应用单片机外部扩展资源及应用。