【SOC基础】单片机学习案例汇总 Part2：蜂鸣器、数码管显示

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一、蜂鸣器

蜂鸣器的介绍

蜂鸣器是一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电。
蜂鸣器发声条件：
1.需要使用驱动芯片。驱动蜂鸣器需要约30mA，因此无法使用IO口直接控制蜂鸣器，需要通过三极管把电流放大后再驱动蜂鸣器。又或者使用像图中的方法，不使用三极管进行电流放大，而是使用ULN2003芯片来驱动，P25输出高电平，BEEP则输出低电平；当P25输出低电平，BEEP则输出高电平，通过连续性的脉冲信号不断改变高低电平控制声音的发出。
2.需要脉冲。开发板上使用的是无源蜂鸣器，它需要一定频率的脉冲（高低电平）才会发声，因此需要让P25脚以一定频率不断输出高低电平信号才能控制蜂鸣器发出声音。并且脉冲频率要求处于1.5-5KHz这一范围内。
蜂鸣器的电路图：51单片机上面的蜂鸣器是由P2.5管脚进行控制的

代码示例

蜂鸣器实验：下载程序后蜂鸣器发出声音，一段时间后关闭

  #include <REGX52.H>typedef unsigned char u8;typedef unsigned int  u16;sbit BEER =P2^5;void delay_10us(u16 num){while(num--);}void main(){u16 i=2000;while（1）{while(i--){BEER=!BEER;delay_10us(100);}BEER=0;}}

二、数码管显示

2.1 数码管介绍：

数码管是显示器件，用来显示数字。由发光二极管组成，因此也称LED数码管。

数码管的分类：
1.按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，也就是多一个小数点（DP），这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容。
2.单个（1位）、联排（2位、4位、8位）。
3.按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。

数码管显示的工作原理
（1）亮灭原理（其实就是内部的照明LED）
（2）显示数字（甚至文字）原理：利用内部的LED的亮和灭让外部的组成数字的笔画显示或者不显示，人看到的就是不同的数字。

共阳极和共阴极数码管
（1）驱动方法的差异。一个数码管内部的8颗LED是独立驱动的。如果8颗LED的正极接在一起接到VCC上（负极分别接到单片机的不同引脚），这种接法就叫共阳极。反之如果8颗LED负极接在一起然后接到GND（正极就分别接到单片机的不同引脚）就叫共阴极。两种接法都可以驱动数码管显示，但是用来显示的单片机程序不同（共阳极时单片机0是亮，共阴极时单片机的1是亮）。
（2）驱动电流需求差异。
按照共阳极接法，单片机可以直接驱动显示；
按照共阴极接法，单片机不能直接驱动。因为IO口提供的电流大小不够驱动LED显示，因此需要外部电路提供一个能驱动大电流的芯片来解决。

静态和动态数码管
（1）用途差异
（2）电路接法差异

验证原理图中数码管段号是否正确
(1)数码管的8段实际是8个LED，分别对应IO端口P0的8个引脚（P0.0、P0.1····P0.7），那么谁对应谁呢？
(2)理论上可以分析原理图和接线方法去推测这个对应关系（数码管的段码），但是实际上理论分析的经常不对。
(3)实战中一般都是自己写代码去测试的。
P0 = 0xfe; // 11111110 P0.0输出0 实测对应a
P0 = 0xfd; // 11111101 P0.1输出0 实测对应b
P0 = 0xfb; // 11111011 P0.2输出0 实测对应c
P0 = 0xf7; // 11110111 P0.3输出0 实测对应d
P0 = 0xef; // 11101111 P0.4输出0 实测对应e
P0 = 0xdf; // 11011111 P0.5输出0 实测对应f
P0 = 0xbf; // 10111111 P0.6输出0 实测对应g
P0 = 0x7f; // 01111111 P0.7输出0 实测对应dp
注意：P0端口的8个二进制位中，高位对应P0.7，而低位对应P0.0
思考：数码管如何显示数字？
(1)数码管显示数字，其实就是让数码管亮相应的几个段。其实就是让IO端口的相应引脚输出0（其余引脚输出1），对应一个8位的二进制数。
(2)结论就是：P0端口输出一个合适的字节数，数码管就会显示相应的数字。每个数字都会有一个对应的8位二进制数，关键就是要得到这8位二进制数。

静态数码管显示数字
数字编码（段码）的获取
要显示的数字 数码管亮的LED 段码二进制 十六进制
0 abcdef 11000000 0 0xC0
1 bc 11111001 0xf9
2 abdeg 10100100 0xA4
3 abcdgh 10110000 0 0xb0
4 bcfg 10011001 0x99
5 acdfg 10010010 0x92
6 acdefg 10000010 0x82
7 abc 11111000 0xf8
8 abcdefg 10000000 0x80
9 abcdfg 10010000 0x90
A abcefg 10001000 0x88
b cdefg 10000011 0x83
C adef 11000110 0 0xc6
d bcdeg 10100001 0xA1
E adefg 10000110 0 0x86
F aefg 10001110 0 0x8e

结论
(1)不同的数码管数字编码（段码）表完全可能不同
(2)同一个数码管接线方式不同编码表可能完全不同
(3)硬件确定后可通过调试的方法来实验确定编码表
让数码管依次显示0到f
笨办法：分状态
升级方法：使用数组

动态数码管
静态数码管驱动方式的缺陷
(1)优势是驱动简单直接，好编程
(2)缺陷是每个数码管需要1个端口，单片机的端口不够用
解决办法：使用动态方式驱动多个数码管

什么是动态数码管
动态数码管还是原来的数码管（共阳极或共阴极均可），但不同的是动态数码管利用了人眼的视觉暂留。动态数码管有2端：COM端和段码端；段码一侧还是接一个单片机端口；COM（共极）接单片机一个IO口，多个联排数码管的COM共同接一个IO端口
分析对比静态和动态数码管，发现本质区别是：静态数码管中只要给了段码数码管就一定工作（显示只取决于段码端），动态数码管中段码端给了段码值后还需要COM端配合才能点亮数码管。

动态数码管如何工作？
(1)在某一特定时间段中，联排数码管中只有一个数码管在工作，其他均不工作。
(2)COM端选择哪个数码管工作，段码端输出这个数码管要显式的数字的段码；然后延时人眼无法感知到的时间；COM端选择下一个数码管工作，同时段码端改输出这个数码管要显示的数字的段码；延时；COM端选择下一个数码管工作······
(3)快速切换工作的数码管，则人看到的是所有的数码管都在亮（其实亮度是比静态驱动低的）。
搞清楚2点：

1、宏观上所有的数码管都是同时亮的，所以多个数码管可以合在一起来显示，因此使人以为所有数码管在同时工作（譬如同时显示12345678）
2、微观上数码管是依次亮的，我们可以给不同的数码管送不同的段码，所以不同的数码管可以显示不同的数字。所以相当于8个数码管的显示是独立的。
动态数码管显示编程实战1
目标：先实验得出数码管的段码表
(1)接线确定：段码端接P0，COM端接P2端口
(2)COM端选择一个数码管亮：P2.0-P2.7随便选1个输出0，其余输出1
(3)段码端给不同的值来测试得到段码表
动态数码管显示编程实战2
目标：8个联排数码管一起显示12345678
编程思路：先选中第1数码管，然后段码端送1的段码，然后延时一会儿；然后切换选中第2数码管，然后段码端送2的段码，然后延时一会儿；····直到第8个数码管显示完为一个周期；死循环这个周期。
实验结论：
1、延时时间太长，数字会闪动。
2、把时间改短后发现有3个问题：第一个是亮的不够亮，第二个是暗的不够暗，第三个是其中一个数字（1）显示明显有问题。 解决方案就是在每个数码管亮完要切换下一个数码管时消隐。
对程序第一步改良：把段码放在数组中去查数组。
第二步改良：COM选择码也可以放到数组中去

38译码器介绍
（1）38译码器的作用：用3个IO口来控制8路输出。
（2）用38译码器驱动数码管的意义：原来不用38译码器时，8个动态数码管一共使用2个IO端口（16个引脚），现在使用了38译码器后，我们可以用38译码器的3路输入来控制数码管的8路位码，这样总共只需要3+8=11个IO引脚就可以来驱动8个动态数码管了，省了5个IO口。

74LS138的数据手册
(1)重点看懂真值表
(2)G1和G2A G2B三个是使能引脚
(3)ABC是编码端，Y0-Y7是输出端
1.7.9.使用38译码器驱动动态数码管
1.7.9.1、接线方式确定
(1)J15和J16连接起来
(2)ABC分别接P1.0、P1.1、P1.2三个
1.7.9.2、实验测定编码表
(1)按照接线图分析，P1.0=0并且P1.1=0并且P1.2等于0时Y0为低对应第1个数码管亮；P1.0=1并且P1.1=0并且P1.2等于0时Y1为低对应第2个
总结
（1）C语言的不同特性用在不同地方，可以简化编程
（2）C语言数组从0开始，注意不能越界，这个很重要