詳解led數(shù)碼管的接口編程技術(shù)

第四章為面向接口的編程，本文內(nèi)容包括：4.3 LED 數(shù)碼管。

4.3 LED 數(shù)碼管

>>> 4.3.1 靜態(tài)顯示

如圖4.10 所示是由2 個(gè)共陽極的LN3161BS 組成的LED 數(shù)碼管電路，R1～R8 為限流電阻，c1 和c2在內(nèi)部并聯(lián)連接。如果將段選端a～dp 與位選端com0、com1 連接到AM824-Core 的PIO0_8~PIO0_15 與PIO0_17、PIO0_23，則通過程序即可控制筆段的亮滅。由于數(shù)碼管的8 個(gè)段選端全部都要經(jīng)過com 口才能得到供電，因此需要增加三極管提高com 口的驅(qū)動(dòng)電流，以彌補(bǔ)LPC824 GPIO 驅(qū)動(dòng)電流的不足。當(dāng)com 為低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，則數(shù)碼管的c1、c2 為高電平，即選通數(shù)碼管。此時(shí)只要數(shù)碼管的任一段選端為低電平，則點(diǎn)亮數(shù)碼管相應(yīng)的筆段。

圖4.10 LED 顯示器電路圖

MiniPort-View 數(shù)碼管模塊通過MiniPort B（排母）與AM824-core 相連，同時(shí)將其余不使用的I/O 通過MiniPort A（排針）引出，實(shí)現(xiàn)模塊的橫向堆疊，其對應(yīng)AM824-Core 的MiniPort 接口J4的功能定義詳見圖4.11。

圖4.11 數(shù)碼管模塊實(shí)物與接口定義

“日”形數(shù)字顯示除了能夠顯示10 進(jìn)制數(shù)字0～9，有時(shí)也用于顯示16 進(jìn)制字母AbCdEF 或其它一些非常簡單的符號(hào)。按照二進(jìn)制的計(jì)算方法，8 段顯示有256 種組合，去掉“點(diǎn)（dp）”的顯示，其筆段的組合為128 種（27），而數(shù)字0～9 只有10 個(gè)符號(hào)，因此要想得到我們希望的顯示符就必須對顯示段進(jìn)行編碼。顯然，如果要想點(diǎn)亮數(shù)碼管的某一個(gè)筆段，則只需將對應(yīng)的筆段置0就可以了。即輸出低電平至com0 端，同時(shí)輸出低電平至b、c 段，點(diǎn)亮LED 得到字符“1”。由此可見，按照數(shù)字的筆畫排列，則很容易得到10 個(gè)數(shù)字0～9 共10 個(gè)顯示字符，七段共陽數(shù)碼管10 個(gè)數(shù)字段碼表詳見表4.2。

表4.2 七段共陽極數(shù)碼管段碼表

如果以8 位數(shù)值表示段碼，當(dāng)其相應(yīng)位為0 時(shí)，則表示對應(yīng)的段點(diǎn)亮。bit7~0 分別與dp~a 對應(yīng)，假設(shè)bit0 為0，即點(diǎn)亮a。為了方便訪問，不妨將段碼存放到一個(gè)數(shù)組中。即：

AMetal 軟件包提供了熄滅所有數(shù)碼管的板級初始化函數(shù)、段碼傳送函數(shù)、位碼傳送函數(shù)和數(shù)字顯示掃描函數(shù)，其函數(shù)接口詳見程序清單4.10。

程序清單4.10 digitron0.h 接口

其中，code 為待顯示數(shù)字0~9 所對應(yīng)的段碼，pos 為com0 或com1 對應(yīng)的數(shù)字下標(biāo)（0~1），num 為待顯示的數(shù)字0~9。當(dāng)后續(xù)調(diào)用這些函數(shù)時(shí)，則只需要“#include "digitron0.h"”就可以了。比如，在com0 數(shù)碼管上顯示數(shù)字1，詳見程序清單4.11。

程序清單4.11 靜態(tài)顯示數(shù)字1 范例程序

如果讓單個(gè)數(shù)碼管循環(huán)顯示0~9，且循環(huán)的時(shí)間為1s，顯然顯示時(shí)間也是1s，那么這就是一個(gè)簡單的秒計(jì)數(shù)器，詳見程序清單4.12。

程序清單4.12 秒計(jì)數(shù)器范例程序

當(dāng)你看到程序清單4.12（9）中的“i = (i + 1) % 10;”代碼時(shí)，是否有一種似曾相識(shí)的感覺呢？這行代碼是從LED 流水燈實(shí)驗(yàn)中提煉出來的。如果需要倒計(jì)時(shí)呢？則將其修改為“i= ((i – 1) + 10) % 10;”。如果要從9 開始倒計(jì)數(shù)呢？那就將i 的初始值修改為9。至此已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了0~9 的循環(huán)顯示，能否循環(huán)顯示0~99 呢？這就是下面將要介紹的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。

>>> 4.3.2 動(dòng)態(tài)顯示

如果要顯示多位數(shù)字，則需將多個(gè)數(shù)碼管并接在一起使用。此時(shí)將會(huì)出現(xiàn)一大堆段選端的問題，比如，兩位數(shù)碼管需要2×8＝16 個(gè)段選信號(hào)，而LPC824 一共才16 個(gè)I/O，無法滿足需求，同時(shí)管腳使用越多，連線也會(huì)變得越復(fù)雜。所以為避免使用過多的管腳而造成資源浪費(fèi)和連線復(fù)雜，人們發(fā)明了一種動(dòng)態(tài)掃描方式來實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)碼管的顯示。

由于數(shù)碼管的段碼是連接在一起的，那么同一時(shí)刻兩個(gè)數(shù)碼管的段碼必然是相同的，如果簡單地使2 個(gè)公共端（com）均有效來實(shí)現(xiàn)2 個(gè)數(shù)碼管的顯示，那么必然都會(huì)顯示相同的內(nèi)容。怎么辦？分時(shí)顯示，即一段時(shí)間數(shù)碼管0 正常顯示（com0 有效，com1 無效，段碼為數(shù)碼管0 需要顯示的圖形），另外一段時(shí)間數(shù)碼管1 正常顯示（com1 有效，com0 無效，段碼為數(shù)碼管1 需要顯示的圖形）。如要顯示一個(gè)數(shù)值12？即在com0 顯示1，在com1 管顯示2，詳見程序清單4.13。

程序清單4.13 顯示數(shù)值12 范例程序

雖然在實(shí)際的操作過程中數(shù)字是輪流顯示的，但只要輪流操作的速度達(dá)到一定的范圍，那么在人眼看起來就能達(dá)到和整體顯示的效果一樣，就像我們經(jīng)常看的電影技術(shù)一樣。

再細(xì)心觀察一下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，雖然顯示的數(shù)字是12，但是數(shù)碼管顯示的1 和2 都會(huì)有另外一個(gè)數(shù)字的影子。com0 顯示的是1，但也能看到2 的影子。

digitron_disp_num()就是digitron_com_sel ()和digitron_segcode_set()的一個(gè)簡單組合。其顯示過程是先傳送位碼、后傳送段碼，于是在傳送位碼和傳送段碼之間就產(chǎn)生了時(shí)間間隙。當(dāng)新的com 端有效時(shí)，仍然還在使用此前的段碼，所以出現(xiàn)了短暫的錯(cuò)誤現(xiàn)象。怎么辦？可以在這段時(shí)間內(nèi)熄滅所有的數(shù)碼管，避免錯(cuò)誤顯示。即：

那如何循環(huán)顯示0 ~ 59 呢？即將要顯示的數(shù)值加1，詳見程序清單4.14。

程序清單4.14 0~59 秒計(jì)數(shù)器范例程序（1）

程序還可以繼續(xù)優(yōu)化嗎？現(xiàn)在的問題是，為了顯示一個(gè)數(shù)據(jù)，即便數(shù)據(jù)沒有改變，也必須動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管，否則無法顯示。首先將待顯示的數(shù)據(jù)存放到緩沖區(qū)（存儲(chǔ)單元），然后每隔一段時(shí)間從緩沖區(qū)讀取待顯示的數(shù)據(jù)。即：

讀緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描的函數(shù)詳見程序清單4.15。

程序清單4.15 動(dòng)態(tài)掃描顯示函數(shù)

由此可見，緩沖區(qū)的段碼就是當(dāng)前要顯示的數(shù)據(jù)，當(dāng)再次切換時(shí)，則繼續(xù)調(diào)用該函數(shù)，則在下一個(gè)位顯示數(shù)據(jù)，以此類推。由于位選變量pos 每次都是在上一次顯示的位的基礎(chǔ)上變化的，因此必須將其聲明為靜態(tài)變量。顯然，只要將顯示的內(nèi)容存放到緩沖區(qū)中，同時(shí)保證以一定的時(shí)間間隔（各個(gè)數(shù)碼管顯示后的延時(shí)）調(diào)用該函數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描。

為了便于復(fù)用數(shù)碼管程序，則將上述代碼全部存放到digitron1.c 文件，函數(shù)聲明放到digitron1.h 文件。其接口如下：

(1) digitron_init()：初始化相關(guān)引腳；

(2) digitron_disp_scan()：動(dòng)態(tài)掃描函數(shù)。

由于要將待顯示內(nèi)容存放到緩沖區(qū)，同時(shí)還可能訪問段碼表，因此不允許調(diào)用者直接操作其中的變量、數(shù)組等，基于此增加3 個(gè)接口函數(shù)，其分別為傳送段碼到顯示緩沖區(qū)，傳送數(shù)字0~9 到顯示緩沖區(qū)與獲取待顯示數(shù)字的段碼，其相應(yīng)的代碼詳見程序清單4.16。

程序清單4.16 操作緩沖區(qū)和段碼表接口函數(shù)

如果要在com0 顯示“3.”，則可以直接這樣使用：

最后將這些接口全部聲明在程序清單4.17 所示的digitron1.h 文件中，相關(guān)的實(shí)現(xiàn)代碼詳見“深入淺出AMetal——?jiǎng)討B(tài)顯示”介紹的digitron1.c 文件。

程序清單4.17 digitron1.h 文件內(nèi)容

注意，在digitron1.h 接口中，已經(jīng)使用digitron_disp_num_set ()和digitron_disp_code_set()替代digitron_disp_num()和digitron_disp_code()，程序清單4.18 就是通過迭代后的循環(huán)顯示0~59 秒計(jì)數(shù)器范例程序。

程序清單4.18 0~59 秒計(jì)數(shù)器范例程序（2）

>>> 4.3.3 閃爍處理

在顯示過程中，有時(shí)為了修改某位數(shù)碼管的值，需要對數(shù)碼管進(jìn)行閃爍處理。在溫度采集場合，當(dāng)溫度超過一定的值后，可以將顯示的溫度值做全閃處理，以引起觀察者注意。

實(shí)際上，只要讓數(shù)碼管顯示一段時(shí)間，熄滅一段時(shí)間，就產(chǎn)生了閃爍的效果，顯然只要直接操作緩沖區(qū)就可以了。假設(shè)每秒閃爍2 次，在個(gè)位不斷閃爍，詳見程序清單4.19。

程序清單4.19 實(shí)現(xiàn)秒計(jì)數(shù)器個(gè)位閃爍（1）

在程序中，1s 閃爍2 次，每次閃爍占用500ms，即顯示250ms，熄滅250ms。每秒結(jié)束后，秒計(jì)數(shù)器加1，顯然用同樣的方法也可以使秒計(jì)數(shù)器的十位閃爍，由此可見，實(shí)現(xiàn)閃爍僅需交替?zhèn)魉驼ｏ@示的段碼和熄滅顯示的段碼即可。由于熄滅顯示的段碼非常特殊，固定為0xFF。因此，只要在合適的時(shí)間傳送相應(yīng)段碼即可，段碼傳送函數(shù)digitron_segcode_set()是在digitron_disp_scan()函數(shù)中調(diào)用的。通過修改該函數(shù)，使其在一段時(shí)間內(nèi)傳送緩沖區(qū)中正常顯示的段碼，一段時(shí)間內(nèi)傳送熄滅顯示的段碼0xFF，也能實(shí)現(xiàn)閃爍，詳見程序清單4.20。

程序清單4.20 帶閃爍功能的digitron_disp_scan()函數(shù)（1）

程序?qū)r(shí)間分隔為500ms 的時(shí)間片，當(dāng)需要閃爍時(shí)，顯示250ms，熄滅250ms，每隔5ms 調(diào)用一次digitron_disp_scan()，cnt 循環(huán)計(jì)數(shù)+1。如何讓秒計(jì)數(shù)器十位閃爍呢？直接將if(pos == 1)修改為if(pos == 0)。

顯然，數(shù)碼管的閃爍狀態(tài)和顯示狀態(tài)可以用一個(gè)標(biāo)志位來表示，即0 表示顯示，1 表示閃爍，bit0 和bit1 分別表示com0 和com1 的狀態(tài)。定義一個(gè)全局變量如下：

如果bit1 閃爍，則將bit1 的初始值設(shè)置為1。即：

這樣一來，即可需要根據(jù)該變量的值來獲取需要閃爍的位，詳見程序清單4.21。顯然，只要將g_blink_flag 對應(yīng)的位置1 就能實(shí)現(xiàn)閃爍，否則將其對應(yīng)位清0。

程序清單4.21 帶閃爍功能的digitron_disp_scan()函數(shù)（2）

為了提高程序的可閱讀性，則進(jìn)一步優(yōu)化兩個(gè)if-else 語句，詳見程序清單4.22。

程序清單4.22 帶閃爍功能的digitron_disp_scan()函數(shù)（3）

由于g_blink_flag 變量定義在實(shí)現(xiàn)代碼中，不能直接將該變量提供給用戶修改，因此必須提供一個(gè)接口函數(shù)用于設(shè)定閃爍位，其相應(yīng)的代碼詳見程序清單4.23。

程序清單4.23 digitron_disp_blink_set()函數(shù)

digitron_disp_blink_set()的pos 用于指定設(shè)置閃爍屬性的數(shù)碼管位置，isblink 設(shè)置閃爍屬性，值為AM_TRUE 表示閃爍，AM_FALSE 表示不需要閃爍。am_bool_t 是AMetal 在am_types.h 文件中自定義的類型，該類型數(shù)據(jù)的值只可能為AM_TRUE（真）或AM_FALSE（假），設(shè)定com0 閃爍的方法如下：

設(shè)定com0 停止閃爍的方法如下：

添加digitron_disp_blink_set()的接口函數(shù)，詳見程序清單4.24 所示的digitron1.h。

程序清單4.24 digitron1.h 文件內(nèi)容

有了該接口函數(shù)后，實(shí)現(xiàn)閃爍就很容易了，程序清單4.25 實(shí)現(xiàn)了秒計(jì)數(shù)器個(gè)位閃爍。

程序清單4.25 實(shí)現(xiàn)秒計(jì)數(shù)器個(gè)位閃爍(2)

由此可見，與程序清單4.18 相比，僅增加了一行代碼就實(shí)現(xiàn)了閃爍功能，顯然接口的設(shè)計(jì)非常重要。