【文章內容簡介】 和發(fā)光強度。其中發(fā)光強度是發(fā)光二極管的一項重要光參數，它表征了發(fā)光二極管發(fā)光時的亮度?！?極限參數發(fā)光二極管的極限參數關系到發(fā)光二極管的安全使用，在使用過程中若超過極限參數，發(fā)光二極管將會損壞。發(fā)光二極管的極限參數主要有兩項：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中，除光參數是它特有的外，其他兩項參數的含義與普通二極管相同。 LED顯示及顯示接口單片機應用系統(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，與單片機接口放便。近年來也開始配置簡易形式的CRT接口，可以較方使池進行圖形顯示。數碼管在該電路中主要是顯示單片機的輸出數據、狀態(tài)等，因而，作為外圍典型器件，數碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操縱輸入的有效器件。數碼管具備數字接口，可以很方便地和單片機系統(tǒng)連接；數碼管的體積小，重量輕，并且共好低，是一種理想的顯示單片機數據輸出內容的期間，在單片機系統(tǒng)中有著重要的作用。顯示電路如圖8所示。1．LED顯示器結構與原理LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，在單片機應用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種，如圖9所示。共陰極LED顯示塊的發(fā)光級管陰極共地。如圖中(c)所示，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。如圖中(b)所示。圖中(a)為七段碼顯示器的實際外觀與引腳連接圖，另外兩只沒有標出的引腳是共陰或者共陽引腳，實際連接中接地(共陰)或者接+5伏(共陽)。圖9 LED的管腳和電路原理通常的七段顯示器（也有人稱為七節(jié)顯示屏）是由八個發(fā)光二極管所組成的，因此也被叫做八段顯示器。其中包括七個細長條形的LED及小數點行的LED，顯示器的每一段或沒一劃都有其名稱，分別是英文小寫的a到f，以及小數點dp（DECIMAL POINT）。七段顯示器可以顯示包括小數點的0到9數字與部分的英文字母。在近年來，由于生產器件的工藝的進步，也出現了十六段碼LED顯示器和點陣式單色和雙色顯示器，這些LED顯木器被廣泛應用于電梯、大屏幕LED顯示器、公共汽車報站器、車站車次顯示等領域，特別是點陣式雙色顯示器的出現，極大的方便了漢字的顯示和圖形顯示，為其在網民經濟的領域的應用拓寬了道路。以共陽極的七段顯示器為例，若想要顯示數字1時，就要使b劃與c劃點亮，在電路上我們會把共同點接到正電源端（+5V），標示b與c的地方經過限流電阻到地，就可以顯示數字1。如果是單個的數碼管，七段顯示器是直接點亮的，亦即用8位去推動一個七段顯示器。如果有多位數字要顯示時，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接口非常容易。只要將一個8位并行輸出門與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8位并行輸出門輸出不同的字節(jié)數據即可獲得不同的數字或字符，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)數據稱為段選碼。共陽極與共陰極的段選碼義為補數。表23 七段LED碼的顯示碼2. LED是如何顯示單片機數據的用單片機驅動LED數碼管有很多種方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。首先介紹靜態(tài)顯示方法。靜態(tài)顯示就是顯示驅動電路具有輸出鎖存功能，單片機將所要顯示的數據送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的顯示數據。靜態(tài)顯示的數據穩(wěn)定，占用的CUP時間少。靜態(tài)顯示中，沒一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的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。要顯示新的數據時，單片機再發(fā)送新的字形碼。另一種方法是動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描的方法是用其接口電路把所有顯示器的8個筆劃段ah同名端連在一起，而沒一個顯示器的公共極COM各自獨立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接口接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是有I/O控制的，由單片機決定何時顯示哪一位了。動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，沒位顯示器的點亮時間極為短暫，但由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據。3．靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示的比較這兩種顯示方式各有利弊：靜態(tài)顯示雖然數據顯示穩(wěn)定，占用很少的CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，使用的電路硬件較多；動態(tài)顯示需要CPU時刻對顯示器進行數據刷新，顯示數據有閃爍感，占用的CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。在一般較為簡單的系統(tǒng)中，為了降低成本，動態(tài)顯示方案具備一定的實用性，也是目前單片機數碼管顯示中較為常用的一種顯示方法。動態(tài)顯示法是目前各種單片計算機采用的流行方法。其優(yōu)點是煙堿簡單。“動態(tài)”由軟件實現。三、交通信號燈軟件的系統(tǒng)編程 c語言程序設計是單片機開發(fā)、應用的重要趨勢之一。目前，支持硬斷點的單片機仿真器已能很好地進行c語言程序調試，為單片機編程使用c語言提供了便利條件。 編譯型程序設計語言c的優(yōu)點已為大家熟知：既有多種高級語言的特點，又具備匯編語言的功能：有豐富的庫函數、運算速度快、編譯效率高、可移植性好，而且可以實現對系統(tǒng)硬件的直接控制；具有完善的模塊程序結構，支持廣泛采用的由頂向下結構化程序設汁，為軟件開發(fā)中采用模塊化設計方法提供了有效支持；可以大大縮短目標系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期，軟件的可讀件明顯增加，便于改進、擴充，研制規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。 C語言與MCS—51 MCS—51酌編程語言 支持MCS—51單片機編程的語言．除了前面學過的匯編語言外，還有三種：BASIC、PL/M和C。 BASIC語言簡單易學，適用于對編程效率或運行速度要求不高的場合，8052單片機片內就固化了BASIC語言解釋器。但是BASIC采用浮點運算，導致程序復雜且執(zhí)行時間長，即使BASIC編譯器也未能解決這個問題。 PL/M可以說是“高級匯編語言”，詳細控制著代碼的生成。但對MCS51系列，PL/M不支持復雜的算術運算和浮點變量，也沒有豐富的庫函數。 用C語言進行單片機程序設計，編譯器能自動完成變量的存儲單元的分配，編程者可以專過于應用軟件的設計．大大加快開發(fā)速度，可以對單片機常用的接口芯片編制通用的驅動函數，對常用的功能模塊、算法等編制相應的函數，還可以很容易地進行信號處理算法和程序的移植，有利于產品中單片機的重新選型和軟件設計水平的提高、與國外嵌入式系統(tǒng)的程序設計接軌。 與匯編語言相比，C語言程序在開發(fā)速度、軟件質量、結構嚴謹、程序可靠性等方面有明顯優(yōu)勢。而代碼效率相對較低的缺點，對于片內ROM空間16K/32K字節(jié)以上的單片機而言，已經不很重要。目前，單片機上C語言程序未經人工優(yōu)化的代碼長度，已縮短到用人工方便地對時間要求比較嚴格的匯編語言模塊和關鍵代碼進行優(yōu)化。 C51編譯器與程序開發(fā)過程 已經開發(fā)了各種單片機的C語言編譯器 對于并不以快速運算見長的MCS—51單片機來說，其C語言編譯器(簡稱C51)的各項性能指標中，最重要的是開發(fā)便利，其次是生成代碼緊湊，以及編譯速度、是否有浮點庫和足夠的算術支持。C51程序開發(fā)過程如圖10所示：圖10 C51程序開發(fā)過程 C51程序結構 與一般C語言相似，C51程序的基本單位是函數。函數由函數說明和函數體兩部分組成。一個C源程序至少包含—個(main)．也可以是一個主函數和若干其它函數。主函數是程序的入口；主函數中的所有語句執(zhí)行完畢，則程序結束。 C51程序的一般格式如下：類型 函數名（參數表)參數說明：{ 數據說明部分： 執(zhí)行語句部分：} 在程序中，函數有三種形態(tài)：函數定義、函數調用和函數說明。 函數定義相當于匯編中的一般子程序。 函數調用相當于調用子程序的CALL語句，要求有函數名和實參數表。在C中，更普遍地規(guī)定函數調用可以出現在表達式中。函數定義和函數調用不分先后，但若調用在定義之前，必須在調用前先進行函數說明。函數說明是一個沒有函數體的函數定義。 C51中函數分為兩大類：庫函數和用戶定義函數。被調用的函數可以是庫函數，也可以是用戶函數。 庫函數是C51在庫文件中已定義的函數，其函數說明在相關的頭文件中。用戶在編程時只要用include預處理指令將頭文件包含在用戶文件中，直接調用即可。 用戶函數是用自己定義，自己調用的一類函數。 C51程序的編制與一勝C語言行序大致相同。 利用C51程序編寫延時程序為了循序漸進地學習單片機的功能，這里我們即使用了單片機中的定時器，也直接采用軟件的延時程序定時控制發(fā)光二極管的亮滅。該延時程序的時間主要是通過計算單片機執(zhí)行指令所需的時間來確定的。例如，在前文中介紹過，在選擇12MHz晶振時，執(zhí)行一個簡單加法指令的時間為一個指令周期，需要1/12M（秒）=1（微秒），所以程序中作1M次加法循環(huán)所需要的時間就是1秒鐘。當然，這只是一個粗略的算法，需要加上執(zhí)行其他必須指令所花的時間，并且考慮程序代碼的效率。但是，這不失為一種簡單的解決方案?！?程序代碼void delay10ms(void){ unsigned char i,j。 //定義延時循環(huán)變量 for(i=20。i0。i) for(j=248。j0。j)。 //雙重循環(huán)，延時10ms} 信號燈亮滅的定時功能 單片機之所以在工業(yè)控制中有大量的應用，就是在于它有其獨特的定時、計數功能。在本電路中，用定時器來實現燈的閃爍功能?？刂茊纹瑱CI/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。當為高電平時，發(fā)光二極管兩端壓差為零，二極管不導通，燈不亮；當為低電平時，發(fā)光二極管兩端壓差為5V，二極管導通，燈亮。 單片機的定時器MCS51系列的單片機一般有兩個內部的16位定時器/計數器，分別稱為T0和T1。這兩個計數器分別是兩個8位的RAM單元組成的，即每個計數器都是16位的計數器，最大的計數量是65536。那么這個定時/計數器是如何產生定時作用的呢？舉個例子，如果將時鐘定時到1分鐘，那么秒針計數到60次后，始終鬧鈴就會響。這里有個計數和定時之間的概念轉化，時間表示為秒針的計數值，即秒針每一次走動的時間正好是1s。單片機中的定時器和計數器是復用的，計數器是記錄外部脈沖的個數，而定時器則是由單片機提供的一個非常穩(wěn)定的計數源。定時器是由單片機的晶振經過12分頻后獲得的一個脈沖源。當單片機的晶振為12MHz時，計數值1代表的時間就是1us。計數器的容量是16位，也就是最大的計數值達到65536，因此計數計到65536就會產生溢出。當定時器/計數器溢出時，就會使得相關的寄存器標志產生變化，單片機將由此而產生定時中斷，在中斷服務程序中處理定時到而需要完成的任務。 如何使用MCS51單片機的定時器呢？ 使用單片機的定時器/計數器主要和編程有關。編程中需要對兩個特殊功能寄存器進行操作。這兩個特殊功能寄存器就是TMOD和TCON，又稱為定時器的控制字。 首先，介紹定時器/計數器的方式寄存器TMOD。TMOD是一個8位的特殊功能寄存器，對應的地址為89H，不可位尋址。TMOD控制字中可以完成3個功能：①確定選擇定時器，還是計數器。②選擇何種工作方式。③是否借用外中斷控制定時器和計數器的啟停。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位來說明各位的定義和功能。GATE：分為兩種情況，GATE=0，定時器的起停和INT1無關，在這種情況下，定時器的起停只取決于TR0。GATE=1時，在此種情況下定時器/計數器的開關不僅要由TR0來控制，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，定時器才能開始工作。C/T：定時/計數器即可作定時也可用于計數。選擇何種功能，由C/T的控制字決定。如果C/T為0就用作定時器，如果C/T為1就用作計數器。當然，一個定時/計數器同一時刻要么作定時用，要么作計數用，不能同時用。MM0：用MM0來控制定時/計數器4種工作方式的選擇?！窆ぷ鞣绞?：M0=0，M1=0。13位定時/計數方式，它由TL（1/0）的低5位和TH（0/1）的8位構成13位的計數器，此時TL（1/0）的高3位未用?！窆ぷ鞣绞?：M0=0，M1=1。是16位的定時/計數方式，其他特性與工作方式0相同?！窆ぷ鞣绞?：M0=1，M1=0，自動重裝初值的8位定時器/計數器。初值放在T（0/1）的高8位。在工作方式2，只有低8位參與計數，而高8位不參與計數，用作預置數的存放，計數范圍256。每當計數溢出，就會打開T（0/1）的高、低8位之間的開關，計預置數進入低8位，這是由硬件自動完成的，不需要由人工干預。通常這種工作方式用于波特率發(fā)生器，用于這種用途時，定時器就是為了提供一個時間基準。計數溢出后重新裝入預置數，再開始計數，不要任何延遲?！窆ぷ鞣绞?：M0=1，M1=1。這種工作方式之下，定時/計數器0被拆成2個獨立的定時/計數器來用。其中，TL0可以構成8位的定時器或計數器的工作方式，而TH0則只能作為定時器來用。一般情況下，只有在T1以上工作方式2運行（當波特率發(fā)生器用）時，才讓T0工作于方式3。接下來，介紹定時器/計數器的控制寄存器TCON。TCON是一個8位的特殊功能寄存器，對應的地址為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，此處只對高4位的T0、T1控制字及其控制原理