汽车单片机应用技术——项目六
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例如：使用1位共阳极LED数码管时， 公共端(位选端)接电源电压；段选端通过 300Ω限流电阻接单片机I/O口。用单片机 的I/O口控制每段LED的亮灭。通过程序从 I/O口输出待显示字符的段码。
P2=0xA4;
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.1.3 LED数码管动态显示
数码管按能显示多少个“8”可分为：1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管， 多位数码管的显示方式都是动态显示。因为同一时刻只选通1个LED数码管进行显示，则每个 LED数码管的位选端通过驱动器接一根独立的I/O口线；所有LED数码管的段选同名端(a~Dp)并 联在一起，通过驱动器接单片机的一个8位并行I/O口。
汽车单片机应用技术——项目六
电动汽车起动控制
单片机应用技术
本章内容
单片机与LED数码管接口 单片机与LED点阵显示器接口 单片机与字符LCD液晶显示器接口 单片机与矩阵键盘接口
单片机控制的显示器件有很多，常用的有：LED发光二极 管、LED数码管、点阵显示器、液晶显示器等。在汽车中，这 些显示器可以作为电源指示灯、里程显示、车速显示、时间显 示、各种报警显示等。这些显示器件具有体积小、电压低、寿 命长、环保等优点，在实际生活中应用也很广泛。
6.2.1 LED点阵显示器结构及原理
LED点阵显示器是把很多LED发光二极管按 矩阵方式排列在一起，通过对每个LED进行发 光控制，完成各种字符或图形的显示。最常见 的LED点阵显示模块有5×7（5列7行），7×9 （7列9行），8×8（8列8行）结构。
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.1 LED点阵显示器结构及原理
6.1 单片机与LED数码管显示接口
数码管是显示屏其中一类，在单片机应用系统中，主要用来显示时间、 日期、温度等所有可用数字表示的参数。
6.1.1 LED数码管结构及原理
1、LED数码管的结构
LED数码管由8个发光二极管封装在一起组成“8”字型的 器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划和公 共电极。通过不同的发光段组合来显示数字0~9、字符A~F、 H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“.”等字符。
LCD液晶显示器是一种功耗极低的显示器件，它广泛应用于便携式电子产品 中。它不仅省电，而且能够显示文字、曲线、图形等大量的信息。液晶显示器的 特点如下：
1.低压微功耗。2. 平板型结构。3. 被动显示。4. 显示信息量大。 5. 易于彩色化。6. 没有电磁辐射。7.寿命长。
6.3 单片机与字符LCD液晶显示器接口
LED点阵由一个一个的点（LED发光二极管）组成，总点数为行数与列数 之积，引脚数为行数与列数之和。它由8行8列LED构成，对外共有16个引脚， 其中8根行线（Y0~Y7）用数字0~7表示，8根列线（X0~X7）用字母A~H表 示。
8×8点阵共需要64个发光二极管组成，且每 个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。当 点阵中的某一行置高电平，某一列置低电平，则该 行列线交叉点的二极管就点亮。因此要实现某一列 的发光二级管都点亮，则该列的列线上应送低电平 ，所有行线送高电平；若实现某一行的发光二级管 都点亮，该行的行线上送高电平，所有列线送低电 平。
以8位LED动态显示20211126为例：
每次只有一位数码管显示，即在实际操作过程中各个数码 管轮流显示。只要轮流显示的速度足够快，由于人的视觉暂留 现象及发光二极管的余辉，人眼看到的将是整体显示的效果。
人眼实际看到的效果：
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
汉字显示屏到处可见，被广泛应用于汽车报站器，广告屏等。公交led车载屏可用 于公共汽车线路及路线名称显示，能与报站器实时联动，显示的路线名称可在线更换 。
6.3 单片机与字符LCD液晶显示器接口
6.3.2 字符型LCD1602液晶显示器工作原理
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
21 22 23 24 25 26 27 28
300欧X8 L0
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7
H0 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7
L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 L0
6.3.2 字符型LCD1602液晶显示器工作原理
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示两行字母、数字、符号等的 点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以 显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行 间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。LCD1602字符液晶大多数是基于 HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
10 11 12 13 14 15 16 17
300欧X82
C1
30PF
X1
U1
ECU
C2
30PF
R1 C3
10k 22uF
19 XTAL1 18 XTAL2 9 RST
29 30 31
PSEN ALE EA
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
39 38 37 36 35 34 33 32
1个I/O口用于向LED显示器输出段码，称作“段控”；
1个I/O口用于控制LED显示器的亮、灭，称作“位控”
6.1 单片机与LED数码管显示接口
当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码。但究竟是哪个数码 管会显示出字形，取决于单片机对位选通com端电路的控制。所以只要将需要显示的数 码管的位选通控制打开，该位数码管就会显示出字形，而没有选通的数码管就不会亮 。通过分时轮流控制各个数码管的com端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态 驱动。
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.1 LED点阵显示器结构及原理
要显示爱心字符：先给第一行送高电平（行高电平有效），同时给8列送 11111111（列低电平有效）；然后给第二行送高电平，同时给8列送10011001， ……最后给第八行送高电平，同时给8列送11111111。每行点亮延时时间为1ms， 第八行结束后再从第一行开始循环显示。利用视觉驻留现象，人们看到的就是 一个稳定的图形。
移位寄存器移位前输出Qn'锁存到QLn
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.2 LED点阵显示器接口
2、16×16 LED点阵显示屏
MR=0，Qn’清0
时 序 图
SH_CP
DS
ST_CP MR
OE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q7’
ST_CP上升沿将移位寄存器输 出Qn’锁存到QLn
6.1.1 LED数码管结构及原理 2、LED数码管的工作原理 例：数码管显示数字“1”
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.1.1 LED数码管结构及原理 3、LED数码管的字型编码
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.1.2 LED数码管静态显示
静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方 式的各位数码管的公共端恒定接地（共阴极）或+5V（共阳极）。每个数码管的8个段控制引脚 分别与一个8位I/O端口相连。只要I/O端口有显示字型码输出，数码管就显示给定字符，并保持 不变，直到I/O口输出新的段码。数码管静态显示的特点是亮度高，软件编程也比较容易，但是 它占用比较多的I/O口资源，常用于显示位数不多的情况。
不确定值
OE=1，Qn输出高阻
ST_CP上升沿将Qn’=0锁存到 QLn=0
6.3 单片机与字符LCD液晶显示器接口
LCD液晶显示器被广泛用于小汽车仪表上面，可以显示公里、速度、温度等参数，用于倒车 雷达可以显示倒车时的倒车距离，用于导航可以显示路面状况。这些应用为车主带来很大方便。
6.3.1 LCD液晶显示器的功能与特点
6.1.1 LED数码管结构及原理 2、LED数码管的工作原理 通过控制“段”的发光与熄灭，数码管可以显示数字和一些字母符号：
共阴极数码管段发光： 位选端输入低电平0； 段选端输入高电平1。
－ ＋
共阴极数码管 00000001 hgfedcba
GCONMD
a fb
g
ec dh
6.1 单片机与LED数码管显示接口
0× ×↑ ×× ×× ×↑
× × × 高阻 输出禁止
× ×× × ××
QLn 输出使能 × 将移位寄存器的输出Qn '锁存到QLn
0 × × × 将移位寄存器的输出Qn '清零
1
↑ × × D→Q0' ， Q0 ' ~Q6' → Q1 ' ~Q7'
1
↑ × × D→Q0' ， Q0 ' ~Q6' → Q1 ' ~Q7'
2、16×16 LED点阵显示屏
16×16 LED点阵式电子广告屏由4块8×8 LED点阵组成。16×16 LED点阵显示屏仍然采用 动态扫描显示来实现。
将上面两片8×8 LED点阵模块的行并联在一 起组成X1~X8，下面两片点阵模块的行并联在一 起组成X9~X16，由此组成16根行扫描线；将左 边上、下两片点阵模块的列并联在一起组成 Y1~Y8，右边上、下两片点阵模块的列并联在一 起组成Y9~Y16，由此组成16根列选线。行驱动 和列驱动各采用两片74HC595移位寄存器进行“ 级联”，用串行移入、并行输出的方式为16×16 LED点阵显示提供16位行、列线数据。
6.1.1 LED数码管结构及原理 2、LED数码管的工作原理 通过控制“段”的发光与熄灭，数码管可以显示数字和一些字母符号：
共阳极数码管段发光： 位选端输入低电平1； 段选端输入高电平0。
＋ －
共阳极数码管 00000001 hgfedcba
CO+M5V
a
f
b
g
e
c
d
h
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.2 LED点阵显示器接口 1、8×8 LED点阵与单片机的接口
用单片机控制8×8 LED点阵需要使 用两个并行端口，一个端口控制行线， 另一个端口控制列线。每一块8×8 LED 点阵都有8行8列共有16个引脚，采用单 片机的P3口控制8条行线，P2口控制8条 列线。为提高单片机端口带负载的能力 ，通常在端口和外接负载之间增加一个 缓冲驱动器。P3口通过74LS245与LED连 接，提高了P3口输出的电流值，既保证 了LED的亮度，又保护了单片机端口引 脚。
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.1.1 LED数码管结构及原理
1、LED数码管的结构
数码管的各个笔划分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp(h)来表示。 数码管分为共阴极和共阳极两种结构。
(a)数码管外部引脚 （b）数码管的各段命名
（a）共阳极
（b）共阴极
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.2 LED点阵显示器接口 2、16×16 LED点阵显示屏
74HC595是一种常用的八位串入并出带锁存的移位寄存器。
锁存：把信号暂存以维持某种电平状态。
纵队
横队
锁存器：输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，只有在 有锁存信号时输入的状态才被保存到输出，直到下一个锁存信号。
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.2 LED点阵显示器接口 2、16×16 LED点阵显示屏
真值表：
并行数据输出
74HC595管脚功能：
锁存器输入移位寄存器器输入 输出
ST_CP MR SH出使能 锁存使能 时钟脉冲输入 复位
多片595数据连接脚
1×
3 4 5 6 7 8 9
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
18 H0 17 H1 16 H2 15 H3 14 H4 13 H5 12 H6 11 H7
AT89C51
19 1
CE AB/BA
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.2 LED点阵显示器接口
P2=0xA4;
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.1.3 LED数码管动态显示
数码管按能显示多少个“8”可分为：1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管， 多位数码管的显示方式都是动态显示。因为同一时刻只选通1个LED数码管进行显示，则每个 LED数码管的位选端通过驱动器接一根独立的I/O口线；所有LED数码管的段选同名端(a~Dp)并 联在一起，通过驱动器接单片机的一个8位并行I/O口。
汽车单片机应用技术——项目六
电动汽车起动控制
单片机应用技术
本章内容
单片机与LED数码管接口 单片机与LED点阵显示器接口 单片机与字符LCD液晶显示器接口 单片机与矩阵键盘接口
单片机控制的显示器件有很多，常用的有：LED发光二极 管、LED数码管、点阵显示器、液晶显示器等。在汽车中，这 些显示器可以作为电源指示灯、里程显示、车速显示、时间显 示、各种报警显示等。这些显示器件具有体积小、电压低、寿 命长、环保等优点，在实际生活中应用也很广泛。
6.2.1 LED点阵显示器结构及原理
LED点阵显示器是把很多LED发光二极管按 矩阵方式排列在一起，通过对每个LED进行发 光控制，完成各种字符或图形的显示。最常见 的LED点阵显示模块有5×7（5列7行），7×9 （7列9行），8×8（8列8行）结构。
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.1 LED点阵显示器结构及原理
6.1 单片机与LED数码管显示接口
数码管是显示屏其中一类，在单片机应用系统中，主要用来显示时间、 日期、温度等所有可用数字表示的参数。
6.1.1 LED数码管结构及原理
1、LED数码管的结构
LED数码管由8个发光二极管封装在一起组成“8”字型的 器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划和公 共电极。通过不同的发光段组合来显示数字0~9、字符A~F、 H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“.”等字符。
LCD液晶显示器是一种功耗极低的显示器件，它广泛应用于便携式电子产品 中。它不仅省电，而且能够显示文字、曲线、图形等大量的信息。液晶显示器的 特点如下：
1.低压微功耗。2. 平板型结构。3. 被动显示。4. 显示信息量大。 5. 易于彩色化。6. 没有电磁辐射。7.寿命长。
6.3 单片机与字符LCD液晶显示器接口
LED点阵由一个一个的点（LED发光二极管）组成，总点数为行数与列数 之积，引脚数为行数与列数之和。它由8行8列LED构成，对外共有16个引脚， 其中8根行线（Y0~Y7）用数字0~7表示，8根列线（X0~X7）用字母A~H表 示。
8×8点阵共需要64个发光二极管组成，且每 个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。当 点阵中的某一行置高电平，某一列置低电平，则该 行列线交叉点的二极管就点亮。因此要实现某一列 的发光二级管都点亮，则该列的列线上应送低电平 ，所有行线送高电平；若实现某一行的发光二级管 都点亮，该行的行线上送高电平，所有列线送低电 平。
以8位LED动态显示20211126为例：
每次只有一位数码管显示，即在实际操作过程中各个数码 管轮流显示。只要轮流显示的速度足够快，由于人的视觉暂留 现象及发光二极管的余辉，人眼看到的将是整体显示的效果。
人眼实际看到的效果：
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
汉字显示屏到处可见，被广泛应用于汽车报站器，广告屏等。公交led车载屏可用 于公共汽车线路及路线名称显示，能与报站器实时联动，显示的路线名称可在线更换 。
6.3 单片机与字符LCD液晶显示器接口
6.3.2 字符型LCD1602液晶显示器工作原理
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
21 22 23 24 25 26 27 28
300欧X8 L0
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7
H0 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7
L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 L0
6.3.2 字符型LCD1602液晶显示器工作原理
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示两行字母、数字、符号等的 点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以 显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行 间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。LCD1602字符液晶大多数是基于 HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
10 11 12 13 14 15 16 17
300欧X82
C1
30PF
X1
U1
ECU
C2
30PF
R1 C3
10k 22uF
19 XTAL1 18 XTAL2 9 RST
29 30 31
PSEN ALE EA
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
39 38 37 36 35 34 33 32
1个I/O口用于向LED显示器输出段码，称作“段控”；
1个I/O口用于控制LED显示器的亮、灭，称作“位控”
6.1 单片机与LED数码管显示接口
当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码。但究竟是哪个数码 管会显示出字形，取决于单片机对位选通com端电路的控制。所以只要将需要显示的数 码管的位选通控制打开，该位数码管就会显示出字形，而没有选通的数码管就不会亮 。通过分时轮流控制各个数码管的com端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态 驱动。
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.1 LED点阵显示器结构及原理
要显示爱心字符：先给第一行送高电平（行高电平有效），同时给8列送 11111111（列低电平有效）；然后给第二行送高电平，同时给8列送10011001， ……最后给第八行送高电平，同时给8列送11111111。每行点亮延时时间为1ms， 第八行结束后再从第一行开始循环显示。利用视觉驻留现象，人们看到的就是 一个稳定的图形。
移位寄存器移位前输出Qn'锁存到QLn
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.2 LED点阵显示器接口
2、16×16 LED点阵显示屏
MR=0，Qn’清0
时 序 图
SH_CP
DS
ST_CP MR
OE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q7’
ST_CP上升沿将移位寄存器输 出Qn’锁存到QLn
6.1.1 LED数码管结构及原理 2、LED数码管的工作原理 例：数码管显示数字“1”
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.1.1 LED数码管结构及原理 3、LED数码管的字型编码
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.1.2 LED数码管静态显示
静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方 式的各位数码管的公共端恒定接地（共阴极）或+5V（共阳极）。每个数码管的8个段控制引脚 分别与一个8位I/O端口相连。只要I/O端口有显示字型码输出，数码管就显示给定字符，并保持 不变，直到I/O口输出新的段码。数码管静态显示的特点是亮度高，软件编程也比较容易，但是 它占用比较多的I/O口资源，常用于显示位数不多的情况。
不确定值
OE=1，Qn输出高阻
ST_CP上升沿将Qn’=0锁存到 QLn=0
6.3 单片机与字符LCD液晶显示器接口
LCD液晶显示器被广泛用于小汽车仪表上面，可以显示公里、速度、温度等参数，用于倒车 雷达可以显示倒车时的倒车距离，用于导航可以显示路面状况。这些应用为车主带来很大方便。
6.3.1 LCD液晶显示器的功能与特点
6.1.1 LED数码管结构及原理 2、LED数码管的工作原理 通过控制“段”的发光与熄灭，数码管可以显示数字和一些字母符号：
共阴极数码管段发光： 位选端输入低电平0； 段选端输入高电平1。
－ ＋
共阴极数码管 00000001 hgfedcba
GCONMD
a fb
g
ec dh
6.1 单片机与LED数码管显示接口
0× ×↑ ×× ×× ×↑
× × × 高阻 输出禁止
× ×× × ××
QLn 输出使能 × 将移位寄存器的输出Qn '锁存到QLn
0 × × × 将移位寄存器的输出Qn '清零
1
↑ × × D→Q0' ， Q0 ' ~Q6' → Q1 ' ~Q7'
1
↑ × × D→Q0' ， Q0 ' ~Q6' → Q1 ' ~Q7'
2、16×16 LED点阵显示屏
16×16 LED点阵式电子广告屏由4块8×8 LED点阵组成。16×16 LED点阵显示屏仍然采用 动态扫描显示来实现。
将上面两片8×8 LED点阵模块的行并联在一 起组成X1~X8，下面两片点阵模块的行并联在一 起组成X9~X16，由此组成16根行扫描线；将左 边上、下两片点阵模块的列并联在一起组成 Y1~Y8，右边上、下两片点阵模块的列并联在一 起组成Y9~Y16，由此组成16根列选线。行驱动 和列驱动各采用两片74HC595移位寄存器进行“ 级联”，用串行移入、并行输出的方式为16×16 LED点阵显示提供16位行、列线数据。
6.1.1 LED数码管结构及原理 2、LED数码管的工作原理 通过控制“段”的发光与熄灭，数码管可以显示数字和一些字母符号：
共阳极数码管段发光： 位选端输入低电平1； 段选端输入高电平0。
＋ －
共阳极数码管 00000001 hgfedcba
CO+M5V
a
f
b
g
e
c
d
h
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.2 LED点阵显示器接口 1、8×8 LED点阵与单片机的接口
用单片机控制8×8 LED点阵需要使 用两个并行端口，一个端口控制行线， 另一个端口控制列线。每一块8×8 LED 点阵都有8行8列共有16个引脚，采用单 片机的P3口控制8条行线，P2口控制8条 列线。为提高单片机端口带负载的能力 ，通常在端口和外接负载之间增加一个 缓冲驱动器。P3口通过74LS245与LED连 接，提高了P3口输出的电流值，既保证 了LED的亮度，又保护了单片机端口引 脚。
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.1.1 LED数码管结构及原理
1、LED数码管的结构
数码管的各个笔划分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp(h)来表示。 数码管分为共阴极和共阳极两种结构。
(a)数码管外部引脚 （b）数码管的各段命名
（a）共阳极
（b）共阴极
6.1 单片机与LED数码管显示接口
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.2 LED点阵显示器接口 2、16×16 LED点阵显示屏
74HC595是一种常用的八位串入并出带锁存的移位寄存器。
锁存：把信号暂存以维持某种电平状态。
纵队
横队
锁存器：输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，只有在 有锁存信号时输入的状态才被保存到输出，直到下一个锁存信号。
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.2 LED点阵显示器接口 2、16×16 LED点阵显示屏
真值表：
并行数据输出
74HC595管脚功能：
锁存器输入移位寄存器器输入 输出
ST_CP MR SH出使能 锁存使能 时钟脉冲输入 复位
多片595数据连接脚
1×
3 4 5 6 7 8 9
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
18 H0 17 H1 16 H2 15 H3 14 H4 13 H5 12 H6 11 H7
AT89C51
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CE AB/BA
6.2 单片机与LED点阵显示器接口
6.2.2 LED点阵显示器接口