ATmega8仿真——LED 数码管的学习

1. I/O 口的结构及特点

• Atmega8 有23 个I/O 引脚，分成3 个8 位的端口B、C 和D，其中C 口只有7 位
• Atmega8 采用3个8位寄存器来控制I/O端口，它们分别是：方向寄存器DDRx、数据寄存器PORTx、输入引脚寄存器PINx

　　x为B或C 或D，分别代表B口、C口或D 口；

　　n为0~7，代表寄存器中的位置；

　　其中DDRx 和PORTx 是可读写寄存器，而PINx 为只读寄存器；

　　每个I/O引脚内部都有独立的上拉电阻电路，可通过程序设置内部上拉电阻是否有效。

方向寄存器DDRx中的每个位用于控制I/O口一个引脚的输入输出方向，即控制I/O口的工作模式为输出模式还是输入模式。

• 当DDRxn=1 时，I/O 的Pxn 引脚处于输出模式。此时

　　　　若PORTxn=1时，I/O引脚呈高电平，同时可提供输出20mA 的电流；

　　　　若PORTxn=0时，I/O引脚呈低电平，同时可吸收20mA 的电流。

• 当 DDRxn=0 时，I/O 的Pxn 引脚处于输入模式。此时

　　　　引脚寄存器PINxn 中的数据就是外部引脚的实际电平；

　　　　此时可通过PORTxn 的设置可控制内部的上拉电阻使用或不使用。

注意事项：

1. 使用AVR的I/O 口，首先应正确设置其工作模式（输入模式还是输出模式），设置DDRx；
2. 当I/O工作在输入模式(DDRxn=0)时，读取引脚上的电平应取PINxn的值，而不是PORTxn的值；
3. 当I/O口工作在输入模式(DDRxn=0)时，应根据实际情况设置内部上拉电阻，利用内部上拉电阻可以节省外部上拉电阻；
4. 将I/O空工作模式由输出模式设置为输入模式后，必须等待一个时钟周期后才能正确的读到外部引脚的值

2. 跑马灯程序控制发光二极管

　　我们选择用PD0~PD7来控制8个发光二极管循环点亮，从而实现“跑马灯”

所以电路图如图所示：

C程序如下：

 //延时1MS
 void delay_1ms()
 {
   unsigned int i;
   for(i=;i<(unsigned int)(-);i++)
     ;
 }
 //延时nMS
 void delay_ms(unsigned int n)
 {
   unsigned int i=;
   for(i=;i<n;i++)
   {
     delay_1ms();
   }
 }
 //主函数，依次顺序打开LED
 int main()
 {
   unsigned char i;
   DDRD = 0xFF; //设置D口为输出模式
   PORTD = 0xFF; //置高电平
   while()
   {
     for(i=;i<;i++) //顺序打开LED
     {
       PORTD = ~(<<i); //点亮的位置低电平
       delay_ms();
     }
   }
   return ;
 }

跑马灯

问：如果改变 delay_ms 的时间会变的怎样呢？

　　=> 跑马灯的变换速度改变。

问：如果直接让 PORTD = ( 1<<i )呢？

　　=> PORTD = ~( 1<<i )：每次只亮一个灯；

　　=> PORTD = ( 1<<i )：每次只有一个灯是不亮的，其余灯都亮着。

问：能不能添加或修改程序，改变灯亮的顺序和时间呢？

　　=> 改变循环条件就可以改变亮灯的顺序，如把i++改为i+=2，即可实现隔一盏灯亮一个；

　　=> 亮灯时间改变延迟时间delay_ms()的传入参数即可。

3. 单个LED数码管练习

给数码管的a、b、c、d、e、f、g七个发光二极管加不同的电平，二极管显示不同亮暗的组合就可以显示不同的字形；

以1为高电平，0为低电平，给出字形码表：

即0x3F表示的就是字型‘0’，0x06表示的就是字型‘1’......；

所以直接把这种对应关系存到一个Char型数组里（一个Char型是8位）；

想要对应的a、b、c、d、e、f、g七个发光二极管展示亮与暗，我们选用PD0~7这8位来控制；

如：想要展示字型‘0’ => ‘0’对应字形码是0x3F => 其中发光二极管的a~f均为亮状态 => PD0~5均为低电平（低电平亮灯）。

我们用一个LED数码管显示数字0~9，仍然使用PD口控制，循环显示数字

电路图如图所示：

了解理论知识后便可以开始编程：（延时函数与上面相同）

 void main()
 {
     unsigned char i;
     unsigned char num[] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

     DDRD = 0xFF; //设置D口为输出模式
     PORTD = 0xFF; //置高电平

     while()
     {
         for(i=;i<;i++) //LED数码管顺序显示字型0~9
         {
             PORTD = num[i];
             delay_ms();
         }
     }
 }

单个LED数码管

问：想显示A~F 怎么办呢？

　　=> num[] 数组再添加多几个元素，分别是A~F对应的字形码。

问：能不能显示像H，L 一类的字母呢？

　　=> 能，想要显示字母H，只需要二极管的b、c、e、f、g亮即可；

　　=> 想要显示字母L，只需要二极管的d、e、f亮即可。

问：改变了delay_ms 函数的延时时间会怎样呢？

　　=> 数字之间的显示间隔边长。

问：要显示小数点我们应该怎么办呢？

　　=> 在字形码表中可以看出，最高位h是没有作用的，所以可以用h位来控制小数点，当最高位为1时小数点亮，为0时不亮；

　　=> 如0x5B表示‘2’，那么0x5B + 0x80表示‘2.’。

4.多个LED数码管实验

静态显示：3小节的内容便是静态展示

动态显示：采用各数码管循环轮流的显示的方法，当循环频率较高时，利用人眼的暂留特性，感觉不到数码管的闪烁，就像看到数码管在同时发光一样，类似电影的原理。

两者对比：动态显示比静态显示占用资源少，耗电少；但是稳定性却差，程序设计也更为复杂，MCU负担重。

动态显示需要一个接口完成字形码的输出，另外一个接口完成各数码管的轮流显示；

我们要实现从“000.0”到“999.9”的数字变化显示过程；

用PB口做字形码的输出口，用PC0~PC3控制数码管的轮转流显示；

从左数起，其中PC0表示第0个数，PC1表示第1个数，PC2表示第3个数（该数显示小数点），PC3表示第4个数；所以只有第三个数是特殊的；

参考原理图如下：

代码实现如下：

 void main()
 {
     //PB口做字形码的输出口，PC0~PC3控制数码管的轮流显示
     unsigned char i,j;
     static unsigned char LedNum[] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
     //显示小数点要加0x80
     unsigned char CountNum[] = {,,,}; //计数的百、十、个位和十分位
     DDRB = 0xFF; //设置B口为输出模式
     PORTB = 0xFF; //置高电平
     DDRC = 0x0F;
     PORTC = 0xFF;

     while()
     {
         i=;  //用于PC0~PC3的轮转
         for(j=;j<;j++) //依次显示4S"000.0"
         {
             i = ++i%;
             PORTC&=~(<<i);
             if(==i) //如果是第三个数字则加个小数点显示
                 PORTB = LedNum[] + 0x80;
             else //其余情况都没有小数点显示
                 PORTB = LedNum[];
             delay_ms();
             PORTC|= 0xFF;//复位，切换到下一个输出口
         }
         CountNum[] = CountNum[] = CountNum[] = CountNum[] = ; //用于实现4位数的加一变化
         while()
         {
             //计数加1，满9进位、后置0
             if(CountNum[]++==)
             {
                 CountNum[] = ;
                 if( == CountNum[]++)
                 {
                     CountNum[] = ;
                     if( == CountNum[]++)
                     {
                         CountNum[] = ;
                         CountNum[]++;
                     }
                 }
             }
             //显示计数值
             for(i=;i<;i++)
             {
                 PORTC&=~(<<i);
                 if( == i)
                     PORTB = LedNum[CountNum[i]] + 0x80;
                 else
                     PORTB = LedNum[CountNum[i]];
                 delay_ms();
                 PORTC|=0xFF;
             }
             //999.9的时候退出
             if(CountNum[]== && CountNum[]== && CountNum[]== && CountNum[]==)
                 break;
         }
     }
 }

多个LED数码管