输出设备使用课件

第9章 输出设备 10.1 发光二极管的应用 常用的LED发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。vLED参数的意义：参数的意义：v（1）允许功耗：）允许功耗：允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。v（2）最大正向直流电流：）最大正向直流电流：允许加的最大的正向直流电流。超过此值会损坏二极管。v（3）最大反向电压：）最大反向电压：所允许加的最大反向电压。超过此值，LED发光二极管可能被击穿损坏。v（4）工作环境：）工作环境：LED发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，LED发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。19.2 发光二极管应用实例v9.2.1 设计要求v用一个开关控制LED灭亮 v图图9.2.1 点亮点亮LED电路图电路图9.3 流水灯应用实例v在做流水灯实例时，我们要考虑LED点亮的时间，亮的时间太长会影响整个过程的速度，但亮的时间过短，则我们眼睛观察不到。所以，点亮LED的延时时间是制作流水灯的关键。延时的方法主要有两种：程序延时和定时中断。在很多情况下，定时器/计数器经常被用作其他用途，这时候就只能用程序延时。9.3.1 设计要求v如电路图9.3.1所示，P1口上连接8个发光二极管，当P1口管脚输出低电平时，发光二极管点亮。v要求：循环移位点亮8位发光二极管，延时方式采样程序延时。v图图9.3.1 流水灯原理电路图流水灯原理电路图9.4 数码管应用v数码管是单片机控制系统中最常见的外部元件，常用来指示系统采集值、系统存储值或运行的结果。数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。9.4.1 数码管概述v数码管的结构数码管的结构v图图9.4.2 共阳八段数码管共阳八段数码管 图图10.4.3 共阴八段数码管共阴八段数码管9.4.2 数码管的驱动方式v 静态显示驱动静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指数码管的每一个段选线（adp）都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用译码锁存器进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多。v 动态显示驱动动态显示驱动：数码管动态显示驱动是单片机应用中最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制。9.5 数码管静态显示应用实例v9.5.1 设计要求v如电路图10.5.1所示，用一个共阳数码管，循环显示数值“0F”，显示变换时间为1s，由P1口输出要显示的数值。v图图9.5.1 数码管显示电路图数码管显示电路图9.6 数码管动态显示应用实例v9.6.1 设计要求v用C编程，在一个8位8段数码管上动态显示“76543210”，P2口做数码管的位选通控制用，P1口做段码输出用。v要求：人眼观察到的每位数码管都为静态形式，不能出现闪烁现象。v图图9.6.1 共阴数码管动态显示电路图共阴数码管动态显示电路图9.7 SMC1602液晶显示器的应用v1、液晶概述、液晶概述v液晶（Liquid Crystal）是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始广泛应用在轻薄型显示器上。v液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。vLCD通常按照显示字符的行数和列数或液晶点阵的行、列数来命名，如1602表示每行显示16个字符，共显示2行，还有0801、0802、1601等为字符型液晶，只能显示ASCII字符，如数字、大小字母和符号。还有图形液晶如12864，由128行64列组成的点阵。每一个点都可以控制亮灭，从而可以显示图形或汉字。v2、SMC1602的介绍的介绍v1602液晶为5V电压驱动，带背光，可两行显示，每行16个字符，不能显示汉字，内置含128个字符的ASCII字符集字库。其显示有两种形式，一是在液晶的任意位置显示字符；另一个是滚动显示一串字符。3、接口信号说明、接口信号说明编号符号引脚编号 符号引脚1Vss电源地9D2I/O口2Vdd电源正极10D3I/O口3VL对比度调节 11D4I/O口4RS数据/命令12D5I/O口5R/W读/写13D6I/O口6E使能14D7I/O口7D0I/O口15BLA背光+8D1I/O口16BLLK 背光-4、基本操作时序、基本操作时序v读状态读状态 输入：RS=L,R/W=H,E=H 输出:D0D7=状态字。v读数据读数据 输入：RS=H,R/W=H,E=H 输出:D0D7=数据。v写指令写指令 输入：RS=L,R/W=L,E=H,D0D7=指令码,E=H 输出:无v写数据写数据 输入：RS=H,R/W=L,E=H,D0D7=数据,E=H输出:无5、RAM地址映射图地址映射图v控制器内部有80个字节的RAM缓冲区，分2行，向00H0FH，40H4FH放数据可显示，写到10H-27H、50H-67H时，被隐藏，使用移屏指令 移入可显示区域显示。6、状态字说明、状态字说明vSTA0-STA6：当前地址指针的数值vSTA7：忙碌位 STA7=1 忙碌v STA7=0 空闲v只有空闲时，才能对1602进行读写操作STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0v注意：原则上每次对控制器进行读写操作之前都必须进行读写检测，以确保STA7=0。但实际上，由于单片机的操作速度慢于液晶控制的反应速度，因此可以不进行读写检测（或只进行较短的延时即可）。7、数据指针设置、数据指针设置 v控制器内部设有一个数据地址指针，用户可以通过它访问内部的全部80个字节的RAM。指令码为：0 x80+地址码（00H-27H，40H-67H）8、其他设置、其他设置指令码功能01H显示清屏，指针清0，所有显示清002H显示回车9、初始化设置、初始化设置v（1）显示模式设置）显示模式设置指令码0 x38功能0 0 1 1 1 0 0 0设置16*2显示，5*7点阵v（2）显示开）显示开/关及光标设置关及光标设置指令码功能0 0 0 0 1 D C BD=1开显示 D=0关显示C=1显示光标C=0隐藏光标B=1光标闪烁B=0光标不闪烁0 0 0 0 0 1 N SN=1地址指针自动加1，N=0地址指针自动减1S=1写一个字符时，整屏左移（N=1）或右移（N=0）S=0写一个字符时，整屏不动0 0 0 1 0 0 0 0 光标左移0 0 0 1 0 1 0 0光标右移0 0 0 1 1 0 0 0整屏右移，光标跟随移动0 0 0 1 1 1 0 0整屏左移，光标跟随移动10、读写操作时序、读写操作时序v1602读操作时序如图9.7.4所示。v1602写操作时序如图9.7.5所示。9.8 1602应用实例v9.8.1 设计要求v使用LCD1602显示两行字符。第一行显示：I LOVE MCS，第二行显示：NEUQ，设置两个按键控制LCD的显示和清屏。v图图9.8.1 LCD1602显示连接电路显示连接电路9.9 SMG12864液晶显示器的应用v12864是一种图形点阵液晶显示器，可完成图形显示，也可以显示84个（1616点阵）汉字。v12864内部结构及工作原理内部结构及工作原理12864的基本操作时序的基本操作时序v12864的读时序图如图9.9.3所示。v12864的写时序图图9.9.4所示。9.10 12864应用实例v9.10.1 设计要求v用16824滚动显示一行文字“东秦电子创新基地”。v图图9.10.1 12864连接原理图连接原理图9.11 直流电机控制v1、直流电机的优点、直流电机的优点v（1）调速范围广，且容易平滑调节v（2）过载、起动、制动转矩大。v（3）易于控制，可靠性强v（4）调速时的能量损耗小。v所以，调速要求高的场所，如轧钢机、轮船推进器、电车、电气铁道索引、高炉送料、造纸、纺织、吊车、挖掘机等方面，直流电机均得到广泛的应用。v2、直流电机的构造、直流电机的构造v分为两部分：定子与转子。v定子包括：主磁极、机座、换向极、电刷装置等。v转子包括：电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等 v3、直流电机的工作原理、直流电机的工作原理v直流电动机的工作原理大致应用了“通电导体在磁场中受力的作用”的原理，励磁线圈两个端线通有相反方向的电流，使整个线圈产生绕轴的扭力，使线圈转动。要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。v图图9.11.1 直流电机工作原理图直流电机工作原理图v4.直流电机的参数v转矩-电机旋转的力矩kg.m或N.mv转矩系数：一般表示每安培点枢电路所产生的转矩大小v摩擦转矩：电刷，转轴，换向单元摩擦转矩损失v启动转矩：v转速：r/min（转/分）v电枢电阻，电枢电感，电气时间常数，机械时间常数，转动惯量，反电动势系数，功率密度v5、电机的三种调速方法v改变磁通v改变电压v改变转子绕组回路电阻9.12 直流电机控制实例v9.12.1 设计要求v如电路图10.12.1所示，使用DAC0832将单片机输出的数据转换成模拟电压，通过调节单片机P2口输出的数值来改变加在直流电动机两端的电压，以此来控制直流电动机的转速。电压表实时显示直流电动机两端当前的电压。v要求：使用DAC0832的直通方式进行数模转换便可，且至少用一个按键来控制输出电压的大小（用中断方式来完成电压的改变）。v图图9.12.1 直流电动机连接电路图直流电动机连接电路图 9.13 步进电机控制v步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况的下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机送一个脉冲信号，则电机转过一个步距角。v由于此线性关系，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等，使其在速度、位置等控制领域得到广泛应用。9.13 步进电机控制v步进电机按其励磁方式分类，可分为反应式、感应子式和永磁式。其中反应式比较普遍，结构也比较简单，所以在工程上应用较多。步进电机的结构及实物如图9.13.1所示。v1、步进电机的控制原理、步进电机的控制原理v三相反应式步进电机工作原理，如图9.13.2所示。vA相通电，B、C相不通电时，由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁引力，转子齿1与A对齐vB相通电，C、A相不通电时，齿2与B对齐，此时转子逆时针转过1/6vC相通电，A、B相不通电时，转子再次逆时针转过1/6v然后，A、B、C、A连续间隔通电，步进电机就会连续逆时针旋转v如按C、B、A、C、B顺序通电，则会顺时针旋转v步进电机的定子绕组每改变一次通电状态，就叫“一拍”，通电状态循环改变一周所包含的状态数称为“拍数”（N），转子的齿数用Zr表示，转子的齿与齿之间的角度称为“齿距角”t；转子每一步转过的角度称为“步距角”b；则vt=360/Zr,vb=360/(Zr*N)v三相步进电机的通电方式有3种:v三相单三拍:A-B-C-v C-B-A-v三相双三拍:AB-BC-CA-v AC-CB-BA-v三相六拍:A-AB-B-BC-C-CA-v A-AC-C-CB-B-BA-v由此可知:v步进电机的转子位置和转速由导电次数(脉冲数)和脉冲频率成一一对应关系,而方向由导电顺序决定.转速问题v步进电机的转速与供电电压关系不大,只与各相绕组的通电和断电的频率有关.v电机的转速 单位(r/min)v n=(60*f)/(Zr*N)vZr为转子的齿数是固定的,N为拍数,确定后也是固定的,那么n只与脉冲的f有关系.9.14 步进电机控制实例v9.14.1 设计要求v采用定时中断方式来控制步进机的转速，定时单位时长为1ms。v要求：把步进机的速度设置在1、2、3、4四个档位内，1档速度最快，依次递减。要求能够控制步进电机的停、转和方向，并同时显示步进机的当前档位。v图图10.14.1 四相步进机连接电路图四相步进机连接电路图9.15 频率测量控制实例v单片机应用系统中，经常要对一个连续的脉冲波频率进行测量。在实际应用中，对于转速、位移、速度、流量等物理量的测量，一般也是由传感器转换成脉冲电信号，采用测量频率的手段实现 v使用单片机测量频率或周期，通常是利用单片机的定时计数器来完成，测量的基本方法和原理主要有：v测频法：在限定的时间内（如1s）检测脉冲的个数v测周法：测量采样N个脉冲所用的时间v9.15.1 设计要求v用测频法设计一个频率测量仪。v要求：将单片机的T0、T1分别作计数器、定时器使用。v图图9.15.1 频率测量仪原理图频率测量仪原理图9.16 PWM调制控制 v脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，它最初是在无线电技术中用于信号的调制，后来在电机调速中得到了很好的应用，形成了独特的PWM控制技术。PWM技术广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等许多领域。脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。v1、PWM（脉冲宽度调制（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）原理）原理v脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。图9.16.1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图。v v占空比：高电平时间与周期的比值 t1/Tvt2/T等等v2、PWM的生成方法的生成方法vPWM的生成方法很多，目前在大部分单片机中都包含了PWM控制器，但在学习单片机课程和进行一些实验时，常用到的单片机是AT89系列的单片机，这一系列的单片机中没有PWM控制器，如果要输出PWM信号，就要麻烦一些。我们可以用一些能产生脉冲的芯片来产生PWM信号，如555定时器；也可以用单片机的延时原理或定时器来产生PWM。下面就给大家演示一个用AT89系列单片机的延时程序产生PWM信号的方法。9.17 PWM控制电机应用实例v9.17.1 设计要求v设系统晶振为12MHz，产生脉冲频率为1Hz，占空比可调范围：0100%，以10%步进。v要求：允许延时有误差，但误差不能过大。图图9.17.1 PWM电路连接原理图电路连接原理图9.18 小结v本章内容虽然比较多，但是知识点都比较简单，易于掌握。本章的重点难点内容是数码管动态显示、LCD1602字符串显示和电机的控制。这些输出设备都是在以后的单片机电路设计中经常使用的，掌握了这些输出设备的使用方法在以后电路设计中会起动很大作用。创造性模仿不是人云亦云，而是超越和再创造。7月-247月-24Wednesday,July 24,2024微软公司在用人上所表现出的胆略与气魄是别的公司无可比拟的。08:32:3508:32:3508:327/24/2024 8:32:35 AM办企业有如修塔，如果只想往上砌砖，而忘记打牢基础，总有一天塔会倒塌。一味地增加员工扩充门面，而不改善编制，好景是维持不了多久的。7月-2408:32:3508:32Jul-2424-Jul-24人生是一个永不停息的工厂，那里没有懒人的位置。工作吧！创造吧！。08:32:3508:32:3508:32Wednesday,July 24,2024对于最有能力的领航人风浪总是格外的汹涌。7月-247月-2408:32:3508:32:35July 24,2024失败是什么?没有什么，只是更走近成功一步;成功是什么?就是走过了所有通向失败的路，只剩下一条路，那就是成功的路。沟通是管理的浓缩。2024年7月24日8:32上午7月-247月-24三个人在一起，其中必有某人在某方面是值得我学习的，那他就可当我的老师。我选取他的优点来学习，对他的缺点和不足，我会引以为戒，有则改之。24七月20248:32:35上午08:32:357月-24你不能衡量它，就不能管理它。七月248:32上午7月-2408:32July 24,2024人生意义的大小，不在乎外界的变迁，而在乎内心的经验。2024/7/248:32:3508:32:3524 July 2024只有爱你所做的，你才能成就伟大的事情。如果你没找到自己所爱的，继续找别停下来。8:32:35上午8:32上午08:32:357月-24如果我有了某些成就，别人并不理解，可我决不会感到气愤、委屈。这不也是一种君子风度的表现吗？。7月-247月-2408:3208:32:3508:32:35Jul-24工作一分钟，安全六十秒。2024/7/248:32:35Wednesday,July 24,2024在市场竞争的条件下，首先是员工素质的竞争。7月-242024/7/248:32:357月-24谢谢各位！谢谢各位！