51单片机-数码管&LCD1602液晶显示屏&矩阵键盘
一、译码器和数据缓冲器
- 译码器：多输入多输出，将输入的二进制代码转换成输出信号
下图为74HC138译码器原理图
从图中可以看出，3个输入端口控制8个输出端口，P24-P22口作为二进制输入，输出Y0-7非，作为LED1-8的选中端（例输入为111，输出Y7非，低电平有效，即选中LED8；输入为110，输出为Y6非，低电平有效，即选中LED7）
- 双向数据缓冲器：提高驱动能力
下图为74HC245数据缓冲器原理图
简单来说，就是P07-P00口的数据会原封不动的传递给B7-B0口，由于51系列单片机IO口高电平驱动能力弱，使用数据缓冲器可以增加驱动能力
二、数码管
- LED数码管：由多个发光二极管封装在一起组成的“8”字型的器件
- 连接方式：共阳极和共阴极
下图为一位数码管的原理图
从图中可以看出，数码管的显示原理是通过点亮固定的发光二极管从而显示出不同数字（例点亮除G以外的二极管，数码管显示数字0）
下图为八位数码管的原理图
从下图中可以看出，八位数码管的一端接在38译码器的输出LED8-LED1，低电平有效。另一端通过74HC245接在P07-P00口，高电平有效。
点亮数码管的具体步骤是通过P24-P23先选中想要点亮的数码管，然后通过配置P0口，显示不同的数字。
可以在固定位置显示固定的数字(静态)。利用循环扫描方式和人眼视觉误差，也可以在不同位置显示不一样的数字(动态)
2.1 静态数码管显示
下面是在固定位置显示固定的数字代码
#include <REGX52.H>
unsigned char Nixied[] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; //定义无符号数组显示数字：0-9
/*
函数功能：某一位数码管显示0-9的数字
参数：段选 位选
*/
void Nixie(unsigned char Location,Number)
{
switch(Location) //74HC138译码器位选（非有效）
{
case 1 :P2_4 = 1;P2_3 = 1;P2_2 = 1;break; //Y7-LED8（位置1）
case 2 :P2_4 = 1;P2_3 = 1;P2_2 = 0;break; //Y6-LED7（位置2）
case 3 :P2_4 = 1;P2_3 = 0;P2_2 = 1;break;
case 4 :P2_4 = 1;P2_3 = 0;P2_2 = 0;break;
case 5 :P2_4 = 0;P2_3 = 1;P2_2 = 1;break;
case 6 :P2_4 = 0;P2_3 = 1;P2_2 = 0;break;
case 7 :P2_4 = 0;P2_3 = 0;P2_2 = 1;break;
case 8 :P2_4 = 0;P2_3 = 0;P2_2 = 0;break;
}
P0 = Nixied[Number]; //Number大小 = 显示数字
}
void main()
{
Nixie(4,2); //在第四位数码管显示2
while(1)
{
}
}
2.2 动态数码管显示
下面给出动态数码管显示的代码（通过单片机循环扫描，利用人眼捕捉不到的细微变化实现在不同位显示不同的数字）
数码管消影：由于动态数码管在显示过程中，会存在数据显示偏暗，数据不清晰的问题存在，这是由于程序在扫描过程中，数码管的显示会有延时
解决办法：通过延时函数达到稳定显示的效果，数据不会偏暗；循环显示后，将数码管清零后，再进行下一次循环显示，即延时清零
#include <REGX52.H>
unsigned char Nixied[] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
/*
函数功能：延时xms
参数：xms
*/
void Delayms(unsigned int xms) //@11.0592MHz
{
unsigned char i, j;
while(xms)
{
i = 2;
j = 199;
do
{
while (--j);
} while (--i);
xms = xms - 1;
}
}
/*
函数功能：在某一位数码管显示0-9的数字
参数：段选 位选
*/
void Nixie(unsigned char Location,Number)
{
switch(Location)
{
case 1 :P2_4 = 1;P2_3 = 1;P2_2 = 1;break;
case 2 :P2_4 = 1;P2_3 = 1;P2_2 = 0;break;
case 3 :P2_4 = 1;P2_3 = 0;P2_2 = 1;break;
case 4 :P2_4 = 1;P2_3 = 0;P2_2 = 0;break;
case 5 :P2_4 = 0;P2_3 = 1;P2_2 = 1;break;
case 6 :P2_4 = 0;P2_3 = 1;P2_2 = 0;break;
case 7 :P2_4 = 0;P2_3 = 0;P2_2 = 1;break;
case 8 :P2_4 = 0;P2_3 = 0;P2_2 = 0;break;
}
P0 = Nixied[Number];
Delayms(1); //延时稳定显示
P0 = 0x00; //清零消影
}
void main()
{
while(1)
{
Nixie(1,5);
Nixie(2,2);
Nixie(3,0);
Nixie(4,1);
Nixie(5,3);
Nixie(6,1);
Nixie(7,4);
}
}
三、LCD1602液晶显示屏
- 通过调用函数，即可在LCD1602上显示出想要的字符，包括但不限于数字，字母，符号等等
3.1 LCD1602显示字符
下面给出LCD1602.c文件
#include <REGX52.H>
//引脚配置：
sbit LCD_RS=P2^6;
sbit LCD_RW=P2^5;
sbit LCD_EN=P2^7;
#define LCD_DataPort P0
//函数定义：
/**
* @brief LCD1602延时函数，12MHz调用可延时1ms
* @param 无
* @retval 无
*/
void LCD_Delay()
{
unsigned char i, j;
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
/**
* @brief LCD1602写命令
* @param Command 要写入的命令
* @retval 无
*/
void LCD_WriteCommand(unsigned char Command)
{
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_DataPort=Command;
LCD_EN=1;
LCD_Delay();
LCD_EN=0;
LCD_Delay();
}
/**
* @brief LCD1602写数据
* @param Data 要写入的数据
* @retval 无
*/
void LCD_WriteData(unsigned char Data)
{
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
LCD_DataPort=Data;
LCD_EN=1;
LCD_Delay();
LCD_EN=0;
LCD_Delay();
}
/**
* @brief LCD1602设置光标位置
* @param Line 行位置，范围：1~2
* @param Column 列位置，范围：1~16
* @retval 无
*/
void LCD_SetCursor(unsigned char Line,unsigned char Column)
{
if(Line==1)
{
LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1));
}
else if(Line==2)
{
LCD_WriteCommand(0x80|(Column-1+0x40));
}
}
/**
* @brief LCD1602初始化函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void LCD_Init()
{
LCD_WriteCommand(0x38);//八位数据接口，两行显示，5*7点阵
LCD_WriteCommand(0x0c);//显示开，光标关，闪烁关
LCD_WriteCommand(0x06);//数据读写操作后，光标自动加一，画面不动
LCD_WriteCommand(0x01);//光标复位，清屏
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置上显示一个字符
* @param Line 行位置，范围：1~2
* @param Column 列位置，范围：1~16
* @param Char 要显示的字符
* @retval 无
*/
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char)
{
LCD_SetCursor(Line,Column);
LCD_WriteData(Char);
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始显示所给字符串
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param String 要显示的字符串
* @retval 无
*/
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=0;String[i]!='\0';i++)
{
LCD_WriteData(String[i]);
}
}
/**
* @brief 返回值=X的Y次方
*/
int LCD_Pow(int X,int Y)
{
unsigned char i;
int Result=1;
for(i=0;i<Y;i++)
{
Result*=X;
}
return Result;
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~65535
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~5
* @retval 无
*/
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以有符号十进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：-32768~32767
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~5
* @retval 无
*/
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
unsigned int Number1;
LCD_SetCursor(Line,Column);
if(Number>=0)
{
LCD_WriteData('+');
Number1=Number;
}
else
{
LCD_WriteData('-');
Number1=-Number;
}
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number1/LCD_Pow(10,i-1)%10+'0');
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以十六进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~0xFFFF
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~4
* @retval 无
*/
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i,SingleNumber;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
SingleNumber=Number/LCD_Pow(16,i-1)%16;
if(SingleNumber<10)
{
LCD_WriteData(SingleNumber+'0');
}
else
{
LCD_WriteData(SingleNumber-10+'A');
}
}
}
/**
* @brief 在LCD1602指定位置开始以二进制显示所给数字
* @param Line 起始行位置，范围：1~2
* @param Column 起始列位置，范围：1~16
* @param Number 要显示的数字，范围：0~1111 1111 1111 1111
* @param Length 要显示数字的长度，范围：1~16
* @retval 无
*/
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length)
{
unsigned char i;
LCD_SetCursor(Line,Column);
for(i=Length;i>0;i--)
{
LCD_WriteData(Number/LCD_Pow(2,i-1)%2+'0');
}
}
下面给出LCD1602.h文件
#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__
//用户调用函数：
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
#endif
四、矩阵键盘
- 矩阵键盘作为独立按键的拓展，独立按键一般是以单行（列）的存在，矩阵键盘以多行（列）存在
- 矩阵键盘的使用：循环扫描单行（列），从而判断哪个按键按下
- 基本步骤：规定先循环扫描每一列(行)，然后再判断每一行(列)中是否有按键按下
下图为矩阵键盘的原理图
从下图中可以看出，P1口控制矩阵键盘。如果先扫描每一列，则需要给定P13-P10为低电平，随之再分别判断P17-P14的高低电平，从而锁定到哪个按键
4.1 获取矩阵键盘键码值
下面给出MatrixKey.c文件
本函数功能是获取矩阵键盘的键码值
#include <REGX52.H>
#include "Delayms.h"
/*
函数功能：返回4*4矩阵键盘的键码值
返回值：键码值
*/
unsigned char MatrixKey()
{
unsigned char Keynum = 0;
P1 = 0xFF; //初始化 1111 1111
P1_3 = 0; //选中第一列
if(P1_7 == 0){Delayms(20);while(P1_7 == 0);Delayms(20);Keynum = 1;} //选中第（1，1）个
if(P1_6 == 0){Delayms(20);while(P1_6 == 0);Delayms(20);Keynum = 5;}
if(P1_5 == 0){Delayms(20);while(P1_5 == 0);Delayms(20);Keynum = 9;}
if(P1_4 == 0){Delayms(20);while(P1_4 == 0);Delayms(20);Keynum = 13;}
P1 = 0xFF; //初始化1111 1111
P1_2 = 0;
if(P1_7 == 0){Delayms(20);while(P1_7 == 0);Delayms(20);Keynum = 2;}
if(P1_6 == 0){Delayms(20);while(P1_6 == 0);Delayms(20);Keynum = 6;}
if(P1_5 == 0){Delayms(20);while(P1_5 == 0);Delayms(20);Keynum = 10;}
if(P1_4 == 0){Delayms(20);while(P1_4 == 0);Delayms(20);Keynum = 14;}
P1 = 0xFF;
P1_1 = 0;
if(P1_7 == 0){Delayms(20);while(P1_7 == 0);Delayms(20);Keynum = 3;}
if(P1_6 == 0){Delayms(20);while(P1_6 == 0);Delayms(20);Keynum = 7;}
if(P1_5 == 0){Delayms(20);while(P1_5 == 0);Delayms(20);Keynum = 11;}
if(P1_4 == 0){Delayms(20);while(P1_4 == 0);Delayms(20);Keynum = 15;}
P1 = 0xFF;
P1_0 = 0;
if(P1_7 == 0){Delayms(20);while(P1_7 == 0);Delayms(20);Keynum = 4;}
if(P1_6 == 0){Delayms(20);while(P1_6 == 0);Delayms(20);Keynum = 8;}
if(P1_5 == 0){Delayms(20);while(P1_5 == 0);Delayms(20);Keynum = 12;}
if(P1_4 == 0){Delayms(20);while(P1_4 == 0);Delayms(20);Keynum = 16;}
return Keynum;
}
下面给出main.c函数
#include <REGX52.H>
#include "Delayms.h"
#include "LCD1602.h"
#include "MatriKey.h"
void main()
{
unsigned char KeyNum;
LCD_Init();
LCD_ShowString(1,1,"HelloWorld");
while(1)
{
KeyNum = MatrixKey();
if(KeyNum)
{
LCD_ShowNum(2,1,KeyNum,2);
}
}
}
五、综合案例-电子密码锁
本节利用LCD1602和矩阵键盘来完成一个小案例，做一个电子密码锁
矩阵键盘键码值0-9来作为四位密码的数字，按键11和12分别是“确认密码”和“重新输入”，在LCD1602上显示出“OK!"还是“ERR”
下面给出电子密码锁的main.c文件
#include <REGX52.H>
#include "Delayms.h"
#include "LCD1602.h"
#include "MatriKey.h"
void main()
{
unsigned char KeyNum;//按键键码
unsigned int Password,Times;//密码，密码位序
LCD_Init();
LCD_ShowString(1,1,"PASSWORD:");
while(1)
{
KeyNum = MatrixKey();//获取键码值
if (KeyNum)//按键按下
{
LCD_ShowString(1,14," ");
if(KeyNum <= 10)//按下S1-S10，10对应密码0
{
if(Times < 4)//密码为4位，超过即溢出
{
Password *= 10;//密码左移一位
Password += KeyNum%10;//获取一位密码
Times ++;
}
LCD_ShowNum(2,1,Password,4);
}
if(KeyNum == 11)//按下S11：确认密码
{
if (Password==1234)
{
LCD_ShowString(1,14,"OK!");//密码正确
Password = 0;//清零
Times = 0;//清零
LCD_ShowNum(2,1,Password,4);
}
else
{
LCD_ShowString(1,14,"ERR");//密码错误
Password = 0;
Times = 0;
LCD_ShowNum(2,1,Password,4);
}
}
if(KeyNum == 12)//按下S12：重新输入
{
Password = 0;
Times = 0;
LCD_ShowNum(2,1,Password,4);
}
}
}
}