【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和發(fā)光強(qiáng)度。其中發(fā)光強(qiáng)度是發(fā)光二極管的一項(xiàng)重要光參數(shù)，它表征了發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)的亮度。● 極限參數(shù)發(fā)光二極管的極限參數(shù)關(guān)系到發(fā)光二極管的安全使用，在使用過(guò)程中若超過(guò)極限參數(shù)，發(fā)光二極管將會(huì)損壞。發(fā)光二極管的極限參數(shù)主要有兩項(xiàng)：一是極限功率Pm；二是極限工作電流Im。在小電流發(fā)光二極管中，極限電流一般小于5MA。發(fā)光二極管的三種參數(shù)中，除光參數(shù)是它特有的外，其他兩項(xiàng)參數(shù)的含義與普通二極管相同。 LED顯示及顯示接口單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有LED(發(fā)光二極管顯示器)和LCD(液晶顯示器)。這兩種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機(jī)接口放便。近年來(lái)也開(kāi)始配置簡(jiǎn)易形式的CRT接口，可以較方使池進(jìn)行圖形顯示。數(shù)碼管在該電路中主要是顯示單片機(jī)的輸出數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，因而，作為外圍典型器件，數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操縱輸入的有效器件。數(shù)碼管具備數(shù)字接口，可以很方便地和單片機(jī)系統(tǒng)連接；數(shù)碼管的體積小，重量輕，并且共好低，是一種理想的顯示單片機(jī)數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容的期間，在單片機(jī)系統(tǒng)中有著重要的作用。顯示電路如圖8所示。1．LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED。這種顯示塊有共陰極與共陽(yáng)極兩種，如圖9所示。共陰極LED顯示塊的發(fā)光級(jí)管陰極共地。如圖中(c)所示，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并接。如圖中(b)所示。圖中(a)為七段碼顯示器的實(shí)際外觀與引腳連接圖，另外兩只沒(méi)有標(biāo)出的引腳是共陰或者共陽(yáng)引腳，實(shí)際連接中接地(共陰)或者接+5伏(共陽(yáng))。圖9 LED的管腳和電路原理通常的七段顯示器（也有人稱(chēng)為七節(jié)顯示屏）是由八個(gè)發(fā)光二極管所組成的，因此也被叫做八段顯示器。其中包括七個(gè)細(xì)長(zhǎng)條形的LED及小數(shù)點(diǎn)行的LED，顯示器的每一段或沒(méi)一劃都有其名稱(chēng)，分別是英文小寫(xiě)的a到f，以及小數(shù)點(diǎn)dp（DECIMAL POINT）。七段顯示器可以顯示包括小數(shù)點(diǎn)的0到9數(shù)字與部分的英文字母。在近年來(lái)，由于生產(chǎn)器件的工藝的進(jìn)步，也出現(xiàn)了十六段碼LED顯示器和點(diǎn)陣式單色和雙色顯示器，這些LED顯木器被廣泛應(yīng)用于電梯、大屏幕LED顯示器、公共汽車(chē)報(bào)站器、車(chē)站車(chē)次顯示等領(lǐng)域，特別是點(diǎn)陣式雙色顯示器的出現(xiàn)，極大的方便了漢字的顯示和圖形顯示，為其在網(wǎng)民經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)域的應(yīng)用拓寬了道路。以共陽(yáng)極的七段顯示器為例，若想要顯示數(shù)字1時(shí)，就要使b劃與c劃點(diǎn)亮，在電路上我們會(huì)把共同點(diǎn)接到正電源端（+5V），標(biāo)示b與c的地方經(jīng)過(guò)限流電阻到地，就可以顯示數(shù)字1。如果是單個(gè)的數(shù)碼管，七段顯示器是直接點(diǎn)亮的，亦即用8位去推動(dòng)一個(gè)七段顯示器。如果有多位數(shù)字要顯示時(shí)，可以用掃描的方式顯示，以節(jié)省控制腳位。 七段顯示塊與單片機(jī)接口非常容易。只要將一個(gè)8位并行輸出門(mén)與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8位并行輸出門(mén)輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，其段碼如表23所示。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱(chēng)為段選碼。共陽(yáng)極與共陰極的段選碼義為補(bǔ)數(shù)。表23 七段LED碼的顯示碼2. LED是如何顯示單片機(jī)數(shù)據(jù)的用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管有很多種方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。首先介紹靜態(tài)顯示方法。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時(shí)再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的CUP時(shí)間少。靜態(tài)顯示中，沒(méi)一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口，該接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字形。要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)再發(fā)送新的字形碼。另一種方法是動(dòng)態(tài)掃描顯示。動(dòng)態(tài)掃描的方法是用其接口電路把所有顯示器的8個(gè)筆劃段ah同名端連在一起，而沒(méi)一個(gè)顯示器的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線(xiàn)控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接口接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是有I/O控制的，由單片機(jī)決定何時(shí)顯示哪一位了。動(dòng)態(tài)掃描用分時(shí)的方法輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，沒(méi)位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。3．靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示的比較這兩種顯示方式各有利弊：靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的電路硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示需要CPU時(shí)刻對(duì)顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線(xiàn)路板空間。在一般較為簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中，為了降低成本，動(dòng)態(tài)顯示方案具備一定的實(shí)用性，也是目前單片機(jī)數(shù)碼管顯示中較為常用的一種顯示方法。動(dòng)態(tài)顯示法是目前各種單片計(jì)算機(jī)采用的流行方法。其優(yōu)點(diǎn)是煙堿簡(jiǎn)單。“動(dòng)態(tài)”由軟件實(shí)現(xiàn)。三、交通信號(hào)燈軟件的系統(tǒng)編程 c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的重要趨勢(shì)之一。目前，支持硬斷點(diǎn)的單片機(jī)仿真器已能很好地進(jìn)行c語(yǔ)言程序調(diào)試，為單片機(jī)編程使用c語(yǔ)言提供了便利條件。 編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言c的優(yōu)點(diǎn)已為大家熟知：既有多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具備匯編語(yǔ)言的功能：有豐富的庫(kù)函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、可移植性好，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的直接控制；具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，支持廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)汁，為軟件開(kāi)發(fā)中采用模塊化設(shè)計(jì)方法提供了有效支持；可以大大縮短目標(biāo)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)周期，軟件的可讀件明顯增加，便于改進(jìn)、擴(kuò)充，研制規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。 C語(yǔ)言與MCS—51 MCS—51酌編程語(yǔ)言 支持MCS—51單片機(jī)編程的語(yǔ)言．除了前面學(xué)過(guò)的匯編語(yǔ)言外，還有三種：BASIC、PL/M和C。 BASIC語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，適用于對(duì)編程效率或運(yùn)行速度要求不高的場(chǎng)合，8052單片機(jī)片內(nèi)就固化了BASIC語(yǔ)言解釋器。但是BASIC采用浮點(diǎn)運(yùn)算，導(dǎo)致程序復(fù)雜且執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)，即使BASIC編譯器也未能解決這個(gè)問(wèn)題。 PL/M可以說(shuō)是“高級(jí)匯編語(yǔ)言”，詳細(xì)控制著代碼的生成。但對(duì)MCS51系列，PL/M不支持復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)變量，也沒(méi)有豐富的庫(kù)函數(shù)。 用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，編譯器能自動(dòng)完成變量的存儲(chǔ)單元的分配，編程者可以專(zhuān)過(guò)于應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)．大大加快開(kāi)發(fā)速度，可以對(duì)單片機(jī)常用的接口芯片編制通用的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，對(duì)常用的功能模塊、算法等編制相應(yīng)的函數(shù)，還可以很容易地進(jìn)行信號(hào)處理算法和程序的移植，有利于產(chǎn)品中單片機(jī)的重新選型和軟件設(shè)計(jì)水平的提高、與國(guó)外嵌入式系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)接軌。 與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言程序在開(kāi)發(fā)速度、軟件質(zhì)量、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、程序可靠性等方面有明顯優(yōu)勢(shì)。而代碼效率相對(duì)較低的缺點(diǎn)，對(duì)于片內(nèi)ROM空間16K/32K字節(jié)以上的單片機(jī)而言，已經(jīng)不很重要。目前，單片機(jī)上C語(yǔ)言程序未經(jīng)人工優(yōu)化的代碼長(zhǎng)度，已縮短到用人工方便地對(duì)時(shí)間要求比較嚴(yán)格的匯編語(yǔ)言模塊和關(guān)鍵代碼進(jìn)行優(yōu)化。 C51編譯器與程序開(kāi)發(fā)過(guò)程 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種單片機(jī)的C語(yǔ)言編譯器 對(duì)于并不以快速運(yùn)算見(jiàn)長(zhǎng)的MCS—51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，其C語(yǔ)言編譯器(簡(jiǎn)稱(chēng)C51)的各項(xiàng)性能指標(biāo)中，最重要的是開(kāi)發(fā)便利，其次是生成代碼緊湊，以及編譯速度、是否有浮點(diǎn)庫(kù)和足夠的算術(shù)支持。C51程序開(kāi)發(fā)過(guò)程如圖10所示：圖10 C51程序開(kāi)發(fā)過(guò)程 C51程序結(jié)構(gòu) 與一般C語(yǔ)言相似，C51程序的基本單位是函數(shù)。函數(shù)由函數(shù)說(shuō)明和函數(shù)體兩部分組成。一個(gè)C源程序至少包含—個(gè)(main)．也可以是一個(gè)主函數(shù)和若干其它函數(shù)。主函數(shù)是程序的入口；主函數(shù)中的所有語(yǔ)句執(zhí)行完畢，則程序結(jié)束。 C51程序的一般格式如下：類(lèi)型 函數(shù)名（參數(shù)表)參數(shù)說(shuō)明：{ 數(shù)據(jù)說(shuō)明部分： 執(zhí)行語(yǔ)句部分：} 在程序中，函數(shù)有三種形態(tài)：函數(shù)定義、函數(shù)調(diào)用和函數(shù)說(shuō)明。 函數(shù)定義相當(dāng)于匯編中的一般子程序。 函數(shù)調(diào)用相當(dāng)于調(diào)用子程序的CALL語(yǔ)句，要求有函數(shù)名和實(shí)參數(shù)表。在C中，更普遍地規(guī)定函數(shù)調(diào)用可以出現(xiàn)在表達(dá)式中。函數(shù)定義和函數(shù)調(diào)用不分先后，但若調(diào)用在定義之前，必須在調(diào)用前先進(jìn)行函數(shù)說(shuō)明。函數(shù)說(shuō)明是一個(gè)沒(méi)有函數(shù)體的函數(shù)定義。 C51中函數(shù)分為兩大類(lèi)：庫(kù)函數(shù)和用戶(hù)定義函數(shù)。被調(diào)用的函數(shù)可以是庫(kù)函數(shù)，也可以是用戶(hù)函數(shù)。 庫(kù)函數(shù)是C51在庫(kù)文件中已定義的函數(shù)，其函數(shù)說(shuō)明在相關(guān)的頭文件中。用戶(hù)在編程時(shí)只要用include預(yù)處理指令將頭文件包含在用戶(hù)文件中，直接調(diào)用即可。 用戶(hù)函數(shù)是用自己定義，自己調(diào)用的一類(lèi)函數(shù)。 C51程序的編制與一勝C語(yǔ)言行序大致相同。 利用C51程序編寫(xiě)延時(shí)程序?yàn)榱搜驖u進(jìn)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的功能，這里我們即使用了單片機(jī)中的定時(shí)器，也直接采用軟件的延時(shí)程序定時(shí)控制發(fā)光二極管的亮滅。該延時(shí)程序的時(shí)間主要是通過(guò)計(jì)算單片機(jī)執(zhí)行指令所需的時(shí)間來(lái)確定的。例如，在前文中介紹過(guò)，在選擇12MHz晶振時(shí)，執(zhí)行一個(gè)簡(jiǎn)單加法指令的時(shí)間為一個(gè)指令周期，需要1/12M（秒）=1（微秒），所以程序中作1M次加法循環(huán)所需要的時(shí)間就是1秒鐘。當(dāng)然，這只是一個(gè)粗略的算法，需要加上執(zhí)行其他必須指令所花的時(shí)間，并且考慮程序代碼的效率。但是，這不失為一種簡(jiǎn)單的解決方案?！?程序代碼void delay10ms(void){ unsigned char i,j。 //定義延時(shí)循環(huán)變量 for(i=20。i0。i) for(j=248。j0。j)。 //雙重循環(huán)，延時(shí)10ms} 信號(hào)燈亮滅的定時(shí)功能 單片機(jī)之所以在工業(yè)控制中有大量的應(yīng)用，就是在于它有其獨(dú)特的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。在本電路中，用定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)燈的閃爍功能?？刂茊纹瑱C(jī)I/O端口電平的高低，從而控制發(fā)光二極管的亮滅、控制P1口和P3口的電平高和低。當(dāng)為高電平時(shí)，發(fā)光二極管兩端壓差為零，二極管不導(dǎo)通，燈不亮；當(dāng)為低電平時(shí)，發(fā)光二極管兩端壓差為5V，二極管導(dǎo)通，燈亮。 單片機(jī)的定時(shí)器MCS51系列的單片機(jī)一般有兩個(gè)內(nèi)部的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，分別稱(chēng)為T(mén)0和T1。這兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別是兩個(gè)8位的RAM單元組成的，即每個(gè)計(jì)數(shù)器都是16位的計(jì)數(shù)器，最大的計(jì)數(shù)量是65536。那么這個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器是如何產(chǎn)生定時(shí)作用的呢？舉個(gè)例子，如果將時(shí)鐘定時(shí)到1分鐘，那么秒針計(jì)數(shù)到60次后，始終鬧鈴就會(huì)響。這里有個(gè)計(jì)數(shù)和定時(shí)之間的概念轉(zhuǎn)化，時(shí)間表示為秒針的計(jì)數(shù)值，即秒針每一次走動(dòng)的時(shí)間正好是1s。單片機(jī)中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是復(fù)用的，計(jì)數(shù)器是記錄外部脈沖的個(gè)數(shù)，而定時(shí)器則是由單片機(jī)提供的一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)源。定時(shí)器是由單片機(jī)的晶振經(jīng)過(guò)12分頻后獲得的一個(gè)脈沖源。當(dāng)單片機(jī)的晶振為12MHz時(shí)，計(jì)數(shù)值1代表的時(shí)間就是1us。計(jì)數(shù)器的容量是16位，也就是最大的計(jì)數(shù)值達(dá)到65536，因此計(jì)數(shù)計(jì)到65536就會(huì)產(chǎn)生溢出。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，就會(huì)使得相關(guān)的寄存器標(biāo)志產(chǎn)生變化，單片機(jī)將由此而產(chǎn)生定時(shí)中斷，在中斷服務(wù)程序中處理定時(shí)到而需要完成的任務(wù)。 如何使用MCS51單片機(jī)的定時(shí)器呢？ 使用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器主要和編程有關(guān)。編程中需要對(duì)兩個(gè)特殊功能寄存器進(jìn)行操作。這兩個(gè)特殊功能寄存器就是TMOD和TCON，又稱(chēng)為定時(shí)器的控制字。 首先，介紹定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式寄存器TMOD。TMOD是一個(gè)8位的特殊功能寄存器，對(duì)應(yīng)的地址為89H，不可位尋址。TMOD控制字中可以完成3個(gè)功能：①確定選擇定時(shí)器，還是計(jì)數(shù)器。②選擇何種工作方式。③是否借用外中斷控制定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的啟停。TMOD的低4位是用于控制T0的字段，高四位用于控制T1。TMOD的控制字的格式和含義如表31所示。表31 TMOD的控制字GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0這里，以TMOD的低4位來(lái)說(shuō)明各位的定義和功能。GATE：分為兩種情況，GATE=0，定時(shí)器的起停和INT1無(wú)關(guān)，在這種情況下，定時(shí)器的起停只取決于TR0。GATE=1時(shí)，在此種情況下定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的開(kāi)關(guān)不僅要由TR0來(lái)控制，而且還要受到INT1引腳的控制，只有TR1為1，且INT1引腳也是高電平，定時(shí)器才能開(kāi)始工作。C/T：定時(shí)/計(jì)數(shù)器即可作定時(shí)也可用于計(jì)數(shù)。選擇何種功能，由C/T的控制字決定。如果C/T為0就用作定時(shí)器，如果C/T為1就用作計(jì)數(shù)器。當(dāng)然，一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器同一時(shí)刻要么作定時(shí)用，要么作計(jì)數(shù)用，不能同時(shí)用。MM0：用MM0來(lái)控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器4種工作方式的選擇?！窆ぷ鞣绞?：M0=0，M1=0。13位定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，它由TL（1/0）的低5位和TH（0/1）的8位構(gòu)成13位的計(jì)數(shù)器，此時(shí)TL（1/0）的高3位未用。●工作方式1：M0=0，M1=1。是16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，其他特性與工作方式0相同?！窆ぷ鞣绞?：M0=1，M1=0，自動(dòng)重裝初值的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。初值放在T（0/1）的高8位。在工作方式2，只有低8位參與計(jì)數(shù)，而高8位不參與計(jì)數(shù)，用作預(yù)置數(shù)的存放，計(jì)數(shù)范圍256。每當(dāng)計(jì)數(shù)溢出，就會(huì)打開(kāi)T（0/1）的高、低8位之間的開(kāi)關(guān)，計(jì)預(yù)置數(shù)進(jìn)入低8位，這是由硬件自動(dòng)完成的，不需要由人工干預(yù)。通常這種工作方式用于波特率發(fā)生器，用于這種用途時(shí)，定時(shí)器就是為了提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。計(jì)數(shù)溢出后重新裝入預(yù)置數(shù)，再開(kāi)始計(jì)數(shù)，不要任何延遲?！窆ぷ鞣绞?：M0=1，M1=1。這種工作方式之下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0被拆成2個(gè)獨(dú)立的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)用。其中，TL0可以構(gòu)成8位的定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的工作方式，而TH0則只能作為定時(shí)器來(lái)用。一般情況下，只有在T1以上工作方式2運(yùn)行（當(dāng)波特率發(fā)生器用）時(shí)，才讓T0工作于方式3。接下來(lái)，介紹定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器TCON。TCON是一個(gè)8位的特殊功能寄存器，對(duì)應(yīng)的地址為88H，可位尋址。TCON中的低4位用于外部中斷的控制，在后文中將加以介紹，此處只對(duì)高4位的T0、T1控制字及其控制原理