【蓝桥杯-单片机】基础模块：数码管

verse_armour2024-03-11 10:50

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【蓝桥杯-单片机】基础模块：数码管

01 数码管原理图


从图2可知，位选和段选最终都接到了D0.7口；从图1可知，对应D0.7的是P0口。因此P0口是数据口，数据应该往P0口写。

但是位选和段选都是写入P0口。P0=0xA4，如何设置为段选？利用锁存器实现。

令P2.6=1，写入段选数据；令P2.6=0，关闭，数据存进去了。

令P2.7=1，写入位选数据；令P2.7=0，关闭，数据存进去了。

c 复制代码 
//数码管显示函数
void Seg_Disp(unsigned char wela,dula)
{
	P0 = 0x00; //消影
	P2_6 = 1;
	P2_6 = 0;	
	
	P0 = Seg_Wela[wela];
	P2_7 = 1;
	P2_7 = 0;		
	
	P0 = Seg_Dula[dula];
	P2_6 = 1;
	P2_6 = 0;	
}

什么是位选和段选

  • 位选（Digit Select）：

    位选是指在多位数码管中选择哪一位进行显示。例如，4位数码管就有4个位选引脚，通过控制这些引脚的电平状态，可以选择显示哪一位的数字。位选的常见方式是通过一个计时器或者控制芯片，轮流地激活每一位，以达到依次显示多个数字的效果。

    位选引脚一般用W0、W1、W2等表示，其中W0对应最低位，W1对应次低位，以此类推。

  • 段选（Segment Select）：

    段选是指选择数码管的哪一段(LED)亮起来，以显示对应数字的哪一部分。例如，7段数码管的每一段可以表示数字0-9中的一部分。段选通常使用BCD码（二进制编码十进制）或其他编码方式，将要显示的数字转化为对应的段选信号。

    段选引脚一般用a、b、c、d、e、f、g等表示，对应数码管的7个LED段。

  • DP是数码管中的一种特殊段，它代表小数点（Decimal Point）。在一些数码管中，除了表示数字0到9的七个段（a到g），还包括一个用于显示小数点的额外段，即DP段。

这里的h即DP。

共阳极数码管和共阴极数码管的区分

共阳极数码管和共阴极数码管是两种常见的数码管类型，它们在工作原理和控制方式上有一些区别：

（1）共阳极数码管（Common Anode）：

在共阳极数码管 中，所有的LED段的阳极（正极）都是连接在一起 的，而每个LED段的阴极（负极）则分别连接到不同的引脚。

控制时，通过给某一段的阴极引脚接通电流，同时将共阳极引脚设置为高电平，该段就会被激活，显示相应的数字或字符。

（2）共阴极数码管（Common Cathode）：

在共阴极数码管 中，所有的LED段的阴极（负极）都是连接在一起 的，而每个LED段的阳极（正极）则分别连接到不同的引脚。

控制时，通过给某一段的阳极引脚接通电流，同时将共阴极引脚设置为低电平，该段就会被激活，显示相应的数字或字符。

主要区别在于共阳极数码管是通过通电阴极（负极）来激活LED段，而共阴极数码管是通过通电阳极（正极）来激活LED段。

例如：假设以下是一个共阴极数码管 （共阴极引脚设置为低电平激活），如果我要显示数字2，对8个段选线的电平设置（从h->a）为10100100，转换为16进制为0xA4。即设置段选为0xA4就可以让数码管显示数字2。

02 代码

（1）数码管静态显示

普通代码（直接在while循环里写）

c 复制代码 
		P0 = 0x00; //消影
	    P2_6 = 1;
		P2_6 = 0;	
		
		P0 = 0xfe;//访客（数据）来了
		P2_7 = 1;//位码门打开
		P2_7 = 0;//位码门关闭，防止别人进来
		
		P0 = 0x5b;//访客（数据）来了
		P2_6 = 1;//段码门打开
		P2_6 = 0;//段码门关闭，防止别人进来（这是用锁存器实现的）

模块化编程：

c 复制代码 
/* 变量声明区 */
unsigned char Seg_Wela[6] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};
unsigned char Seg_Dula[11] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};
//数码管显示函数
void Seg_Disp(unsigned char wela,dula)
{
	P0 = 0x00; //消影
	P2_6 = 1;
	P2_6 = 0;	
	
	P0 = Seg_Wela[wela];
	P2_7 = 1;
	P2_7 = 0;		
	
	P0 = Seg_Dula[dula];
	P2_6 = 1;
	P2_6 = 0;	
}

这边的代码和蓝桥杯的底层代码是有一点不一样的，但是思路都是一样的，要先学会简单的。

这些代码再蓝桥杯比赛的时候需要凭借肌肉记忆敲出来，不能现场推，会来不及。

（2）数码管动态显示

动态数码管：每位数码管显示不同的数字，若直接重复调用一个数码管显示的函数，会因为程序执行逻辑是由上至下依次执行，会造成后面的数据影响前面的显示效果

  • 一种解决方案，显示后面直接delay。这种做法不建议，程序写多了会卡。
  • 用定时器
特性 定时器（Timer） 延时函数（Delay）
作用 用于计算程序执行时间、生成精确的时间延迟、定时触发事件等。 用于在程序中创建一段固定的时间延迟
工作原理 以某个频率递增或递减的计数器 通过在程序中插入循环，等待一段时间
使用方法 配置计数方向、预分频器、计数模式等参数 确定循环次数，基于系统时钟频率和所需延时时间
应用 生成精确的时间间隔、PWM控制、周期性任务调度等 简单的等待、初始化延时等

总结：定时器提供了更为精确的时间控制，适用于需要准确时间测量和控制的场景。延时函数是一种简单的时间控制方法，适用于一些简单的等待或初始化场景，但在需要高精度时间控制的情况下不够准确。

①定时器生成步骤
  • 打开STC-ISP烧录软件，找到定时器计算器
  • 系统频率12MHz定时长度1毫秒定时器模式十六位定时器时钟127T
  • 复制C代码到工程中
  • 删除AUXR &=Ox7F;
c 复制代码 
//定时器初始化函数
void Timer0Init(void)		//1毫秒@12.000MHz
{
	//AUXR &= 0x7F;		//定时器时钟12T模式，没有这个定义，删掉
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TL0 = 0x18;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFC;		//设置定时初值
	TF0 = 0;		//清除TF0标志
	TR0 = 1;		//定时器0开始计时
	ET0 = 1;//加上
	EA = 1;//加上
}

在嵌入式系统和单片机编程中，ET0 和 EA 是与定时器/计数器相关的控制寄存器。

  • ET0（Timer 0 溢出中断允许位）：
    ET0 位是 8051 单片机中的特殊功能寄存器（SFR），用于控制定时器/计数器 0 的溢出中断是否允许。
    当 ET0 位被设置为 1 时，允许定时器/计数器 0 溢出时触发中断。溢出中断是在定时器/计数器达到最大计数值后溢出到 0 时触发的。
  • EA（全局中断允许位）：
    EA 位同样是 8051 单片机中的特殊功能寄存器，用于控制全局中断是否允许。
    当 EA 位被设置为 1 时，允许所有中断（包括外部中断、定时器中断等）生效。如果 EA 位被清零，则禁止所有中断，即使各个中断的特定中断允许位（如 ET0）被设置为 1，相应中断也不会触发。

这两个寄存器通常与定时器/计数器模块一起使用，以实现在定时器计数达到某个值时触发中断的功能。在使用定时器中断时，通常需要设置 ET0 位来启用定时器溢出中断，并设置 EA 位来启用全局中断。

②中断配置方法
  • 在生成的定时器初始化函数内增加中断打开命令ET0=1、EA=1
  • 书写中断服务函数（Timer0Server)
  • 在服务函数内初始化计数值
  • 在主程序内添加定时器0初始化函数
c 复制代码 
//中断服务函数
void Timer0Server() interrupt 1
{
	TL0 = 0x18;		//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;		//设置定时初始值
	
	Seg_Pos++;
	if(Seg_Pos == 6) Seg_Pos = 0;
	
	Seg_Disp(Seg_Pos,Seg_Buf[Seg_Pos]);
	
}

完整代码

c 复制代码 
/* 头文件声明区 */
#include <REGX52.H>
#include <intrins.h>

/* 变量声明区 */
unsigned char Led_Data = 0xFE;//用于循环位移的LED变量 初始值为LED1亮
unsigned char Seg_Wela[6] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};
unsigned char Seg_Dula[11] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};
unsigned char Seg_Pos;
unsigned char Seg_Buf[6] = {5,2,1,10,10,10};

/* 五百毫秒延时函数 */
void Delay500ms()		//@12.000MHz
{
	unsigned char i, j, k;
	
	i = 4;
	j = 205;
	k = 187;
	do
	{
		do
		{
			while (--k);
		} while (--j);
	} while (--i);
}

/** 
* @函数名 自定义延时函数
* @函数功能 延时任意毫秒
* @入口参数 延时时间
* @返回值 无
*/
void Delay(unsigned int xms)		//@12.000MHz
{
	unsigned char i, j;
	while(xms--)
	{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
	}
}

//数码管显示函数
void Seg_Disp(unsigned char wela,dula)
{
	P0 = 0x00; //消影
	P2_6 = 1;
	P2_6 = 0;	
	
	P0 = Seg_Wela[wela];
	P2_7 = 1;
	P2_7 = 0;		
	
	P0 = Seg_Dula[dula];
	P2_6 = 1;
	P2_6 = 0;	
}

//定时器初始化函数
void Timer0Init(void)		//1毫秒@12.000MHz
{
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TMOD |= 0x01;		//设置定时器模式
	TL0 = 0x18;		//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;		//设置定时初始值
	TF0 = 0;		//清除TF0标志
	TR0 = 1;		//定时器0开始计时
	ET0 = 1;
	EA = 1;
}

//中断服务函数
void Timer0Server() interrupt 1
{
	TL0 = 0x18;		//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;		//设置定时初始值
	
	Seg_Pos++;
	if(Seg_Pos == 6) Seg_Pos = 0;
	
	Seg_Disp(Seg_Pos,Seg_Buf[Seg_Pos]);
	
}


/* Main */
void main()
{
	Timer0Init();
	while(1)
	{
		
	}
}
  • 头文件和变量声明
    #include <REGX52.H> 和 #include <intrins.h> 分别包含 8051 单片机的头文件和一些内联汇编函数的头文件。
    Led_Data 是用于循环位移的 LED 变量。
    Seg_Wela 和 Seg_Dula 是用于控制共阴数码管的位选和段选的数组。
    Seg_Pos 用于表示当前数码管显示的位置。
    Seg_Buf 是用于存储数码管显示的数字。
  • 延时函数：
    Delay500ms() 实现了一个 500 毫秒的延时函数，通过嵌套循环实现延时。
    Delay(unsigned int xms) 是一个自定义延时函数，根据传入的毫秒数进行延时。
  • 数码管显示函数：
    Seg_Disp(unsigned char wela, dula) 用于控制数码管的显示。通过设置 P0 端口和 P2.6、P2.7 引脚的状态来控制位选和段选。
  • 定时器初始化函数和中断服务函数：
    Timer0Init() 初始化定时器0，配置为工作在方式1，用于产生1毫秒的定时中断。
    Timer0Server() 是定时器0的中断服务函数，通过定时中断实现LED循环位移和数码管显示的刷新。
  • Main 函数：
    main() 函数中初始化了定时器，并进入一个无限循环，程序主要通过定时器中断服务函数进行 LED 和数码管的显示控制。
补充知识：8051的中断源

以下内容搬运自博客：http://blog.chinaunix.net/uid-20629402-id-1608165.html

（1）8051的5个中断源
（2）中断函数写法
c 复制代码 
返回值 函数名 interrupt n { ...... }

n对应中断源编号。

例如：

c 复制代码 
//中断服务函数
void Timer0Server() interrupt 1
{
	TL0 = 0x18;		//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;		//设置定时初始值
	
	Seg_Pos++;
	if(Seg_Pos == 6) Seg_Pos = 0;
	
	Seg_Disp(Seg_Pos,Seg_Buf[Seg_Pos]);
	
}

interrupt 1表示这个是5个中断源中Timer0的中断服务函数！

（3）中断触发控制寄存器IE (左边是高位)
  • EX0:响应外部/INT0的中断
  • ET0：响应TIMER0的中断
  • EX1、ET1：对应/INT1与TIMER1
  • ES：对应UART
  • ET2：响应TIMER2溢出或捕捉的中断（仅对8052）
  • EA：中断使能。EA=1时才允许中断。
（4）中断优先级控制寄存器IP

分别对应各中断的优先级。仅分0（低）、1（高）两级，同级的中断还是看中断源编号进行优先级排序。

（5）TIMER控制寄存器TCON
  • TF1与TF0分别是硬件去置位的，当Timer1/Counter1溢出时，TF1会被置为1，而当处理器去执行中断服务时，它又被硬件置0。（当然TF0管的就是Timer0/Counter0了）
  • TR1与TR0由软件置位，管的是Timer/Counter的激活。（如在程序里写TR0＝1，就是说Counter0开始计数，当然如果这个Timer/Counter被设置为Counter的工作方式的话）
  • IE1与IE0由硬件置位，与TF1、TF0等同，只是IE1与IE0管的是外部中断。
  • IT1与IT0由软件置位，设为1时，对应的外部中断为负缘触发，设0时为低准位触发。
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