蓝桥杯嵌入式国赛模块训练之数码管

Posted 2021-05-25 丿晓龙

文章目录

• 前言
• 一、电路原理图
• • 1.共阴极数码管
  • 2.SN74LS595N
  • 3. 扩展板跳线帽连接
• 二、驱动代码
• • 1.seg.h
  • 2.seg.c
• 总结

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前言

数码管是蓝桥杯嵌入式国赛需准备的第一个模块，然而在国赛中数码管的驱动官方是不会给的，需要我们自己编写，乍一看似乎有点繁琐，但是稍微看一会之后就会发现其实没什么难度，能看懂电路图，搞清楚SN74LS595N这个“八位输出锁存移位寄存器”的工作原理之后一切就迎刃而解了。

一、电路原理图

1.共阴极数码管

上图就是扩展板上的电路原理图，扩展板上一共有三个数码管，他们都属于共阴极数码管。数码管的输入端为a、b、c、d、e、f、g和DP，其中DP为小数点的控制端。所谓共阴极就是指输入高电平时相应的位置亮，共阳极与之相反。下图为数码管输入端对应位置：

由此可以推出数码管不同的输入对应显示的形状：
数字0应该是A、B、C、D、E、F亮，对应输入00111111，十六进制为0x3f
数字1应该是B、C亮，对应输入00000110，十六进制为0x06
同理：
数字2对应十六进制0x5b
数字3对应十六进制0x4f
数字4对应十六进制0x66
数字5对应十六进制0x6d
数字6对应十六进制0x7d
数字7对应十六进制0x07
数字8对应十六进制0x7f
数字9对应十六进制0x6f
有些题目要求我们显示十六进制，所以还要显示A、b、C、d、E、F来表示某些十六进制数
A对应十六进制0x77
b对应十六进制0x7c
C对应十六进制0x39
d对应十六进制0x5e
E对应十六进制0x79
F对应十六进制0x71
数码管全灭对应十六进制为0x00
PS.以上全是不带小数点对应的十六进制数，若要显示小数点只需把DP对应的那一位置1即可。

2.SN74LS595N

SN74LS595N为八位输出锁存移位寄存器，控制端~OE 、 ~SRCLR电路已经接好我们不需要关系，我们只需要控制RCLK、SCK、和SER这个三个端口就可以了。

管脚说明：
1.SCK：上升沿时数据寄存器的数据移位，下降沿移位寄存器数据不变。即只有在SCK上升沿的时候把移位寄存器中的数据移动一位，此时SER的电平被移进移位寄存器的最低位。
2.RCK：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。
3.SER：每输入一位数据，串行输入时钟 SCK 上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕。

因此我们要想显示一个数字，首先需要把该数字对应的二进制一位一位的移进移位寄存器，也就是SER输出一次然后再让SCK产生一次上升沿，最后在所有位移动完成后让RCK产生一次上升沿，使移位寄存器中的数据进入数据寄存器，然后SN74LS595N就能输出我们先要的电平，使数码管显示想要显示的数字。

3. 扩展板跳线帽连接

这里给出官方的配置表：

由图可以看出，要想使用数码管，我们必须按照如图所示连接跳线帽：

P4.1（PA1）要连接P3.1（SER），P4.2（PA2）要连接P3.2（RCK），P4.3（PA3）要连接P3.3（SCK）。下图为实物连接：

二、驱动代码

1.seg.h

代码如下：

#ifndef __SEG_H
#define __SEG_H
#include "stm32f10x.h"

#define   RCLK_H GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2)
#define   RCLK_L GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2)

#define   SCK_H GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3)
#define   SCK_L GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3)

#define   SER_H GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1)
#define   SER_L GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1)

void SEG_Init(void);
void SEG_ShowN(u8 n1,u8 n2,u8 n3);

#endif

头文件中define了三个控制端的拉高和拉低，定义了SEQ_Init(void)用来初始化三个GPIO口，SEG_ShowN(u8 n1,u8 n2,u8 n3)用来让三个数码管显示数字。

2.seg.c

代码如下：

#include "seg.h"

u8 SEG[17] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};

void SEG_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
  
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

}

void SEG_ShowN(u8 n1,u8 n2,u8 n3)
{
	u8 i = 0;
	u8 code_tmp = 0;
	
	code_tmp = SEG[n3];
	for(i = 0;i<8;i++)
	{
		if(code_tmp&0x80) SER_H;
		else SER_L;
		SCK_H;
		code_tmp <<= 1;
		SCK_L;
	}
	code_tmp = SEG[n2];
	for(i = 0;i<8;i++)
	{
		if(code_tmp&0x80) SER_H;
		else SER_L;
		SCK_H;
		code_tmp <<= 1;
		SCK_L;
	}
	code_tmp = SEG[n1];
	for(i = 0;i<8;i++)
	{
		if(code_tmp&0x80) SER_H;
		else SER_L;
		SCK_H;
		code_tmp <<= 1;
		SCK_L;
	}
	RCLK_H;
	RCLK_L;	
}

c文件中首先定义了一个数组，里面是按照0,1,2,3…的顺序存放的八位数据。

然后再说void SEG_ShowN(u8 n1,u8 n2,u8 n3)这个函数：

在这个函数中，首先定义了一个变量，从SEG[17]数组中取值，然后进入一个循环，每一次判断code_tmp 的最高位是0还是1，同时使SER输出低或者高电平。然后使SCK产生一次上升沿，使得移位寄存器移位一次，此时SER的输入就移进了移位寄存器的最低位，并且在每次循环的最后让code_tmp <<1,所以循环八次之后这个八位数据就全部移进了移位寄存器中，然后再经过两次这样的操作。三个SN74LS595N的移位寄存器中就存放了相应的数据，所以最后再让RCK产生一次上升沿，就把数据存放到了数据寄存器中，之后就能输出对应数据了。
至于为什么第一次使code_tmp = SEG[n3]，这是因为三个SN74LS595N是采用级联的方式，前两个SN74LS595N移位寄存器溢出的值输出到了下一个SN74LS595N的SER端，所以第一次输出的数据最后到了最后一个SN74LS595N中。我们想要的效果就是n3显示在最后一个数码管上，所以移位的顺序是n3,n2,n1。

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总结

现在看来数码管是否很简单呢，搞清楚了SN74LS595N的工作原理之后，代码其实也就这些，还有要注意的就是SEG[17]数组里面的值，这个也是要靠自己写出来的，要知道怎么写才行。最后希望大家蓝桥杯国赛取得一个好成绩。