常用外设原理介绍

LED

LED 灯，又称 LED 发光二极管，原理图如下所示

LED 发光二极管有 P、N 两极，具有普通二极管的单向导电性，当 P 极电压高于 N 极电压，且达到一定阈值之后（一般为 0.7V，与其材质有关），二极管开始导通，并开始发光。反之，二极管无法导通，不会发光。由于 LED 灯导通后电阻几乎为零，应此在实际使用过程中往往会串接上一个 1～10K 左右的电阻，以达到限流的作用。一般来说，发光二极管的工作电流在 10mA 左右，可根据电源电压、LED 压降、工作电流计算出串接电阻的阻值大小。

实际电路中有两种连接方式：1，N 极接地，P 极通过一个电阻后与控制端相连。2，P 极通过串接电阻后与电源相连，N 极作为控制端。如下所示

当控制端输出电压为高电平时，LED 灯亮；当控制端输出电压为低电平时，LED 灯灭。

拨动开关

拨动开关是一种比较简单的输入设备，一般具有两个档位，实物图如下所示

其使用方式如下图所示

将 1 与地相连，3 与电源相连，2 通过一串接电阻后作为输入端。当拨动开关处于 1、2 短接的档位时，输入端为低电平；拨动开关处于 2、3 短接的档位时，输入端为高电平。因此，通过改变拨动开关的档位，便可以控制输入端的高低电平。

独立按键

按键是另外一种比较常见的输入设备，其外形多种多样，但工作方式基本相同。

如上图所示的四脚按键，其内部两两相连。原理图如下所示

按键默认状态时 1、3 短接，2、4 短接，按键按下后，1、2、3、4 全部短接在一起。一种用法如下所示

其中串接的两个电阻均为 10K，按键按下时，输入端为高电平；松开后，输入端为低电平。此种连接方式下，输入端的默认电平为低电平。

还有一种连接方式，如下图所示，输入端的默认电平为高电平，此种连接方式常用于一些低电平有效的信号输入，如复位信号等。对于复位信号来说，电容的存在可以使得系统在刚刚上电时，输入端保持一定时间的低电平，从而达到上电复位的目的，复位时间的长短由电阻及电容共同决定。

此外，还有一种自锁式的按键开关，在开关按钮第一次按时，开关接通并保持，即自锁，在开关按钮第二次按时，开关断开，同时开关按钮弹出来。自锁式按键的功能与拨动开关基本相同，此处不再详细说明。

七段数码管

我们最常用的是七段式和八段式 LED 数码管，八段比七段多了一个小数点，其他基本相同。

所谓的八段就是指数码管里有八个小 LED 发光二极管，通过控制不同的 LED 的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个 LED 的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个 LED 的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个 LED 的阳极连在一起。其原理图如下。

其中引脚图的两个 COM 端连在一起，是公共端，共阴数码管要将其接地，共阳数码管将其接正电源。一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们的段选线（即 a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自的公共端称为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。数码管的 8 段，对应一个字节的 8 位，a 对应最低位，dp 对应最高位。所以如果想让数码管显示数字 0，那么共阴数码管的字符编码为 00111111，即 0x3f；共阳数码管的字符编码为 11000000，即 0xc0。可以看出两个编码的各位正好相反。

一位数码管要显示字符 0~F，则对应的编码如下所示：

数码管本质上也是由 LED 构成的，因此在实际使用中，需要串接限流电阻，以共阳极数码管为例来说：

动态数码管

一个数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们的段选线（即 a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自的公共端称为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。

目前常用的是 4 位一体的数码管。其接口电路是把所有数码管的 8 个笔划段 a-h（h 即 dp 端）同名端连接起来，而每一个数码管由一个独立的公共极 COM 端控制。对于这种结构的数码管，采用动态显示的方法是最为广泛的一种显示方式之一。

下图所示的电路是由两个 4 位的共阳极数码管组成的一个 8 位的动态扫描显示电路。为增加驱动能力，在每个位选线处增加了一个 PNP 三极管。

v 对于此 8 位的共阳极数码管，如要其显示"8.8.8.8.8.8.8.8."，需要做如下工作：1，将 A～H 的段选线全部设为低电平。2，将 8 个位选线全部设为高电平。但是，由于位选线是由 PNP 三极管构成的反相器所驱动，因此只有将相应三极管的基极（B 极）（即端口 1）设为低电平，三极管导通，位选线才会变为高电平。综上所述，上图中的电路，P5 端口及 P12 端口全部变为低电平的时候，数码管才能显示"8.8.8.8.8.8.8.8."。

那如何操作才能使得该数码管上显示不同的数据呢？答案是时分复用。即采用动态扫描的方式。例如，要在该数码管上显示"12345678"，应该如下实现

1，时刻 1，将最左侧的数码管的位选线置为有效，其余 7 个全部置为无效，同时将段选线设为显示 1 的数值（此处为 0x06）

2，时刻 2，将最左侧第二个数码管的位选线置为有效，其余 7 个全部置为无效，同时将段选线设为显示 2 的数值（此处为 0x5B）

3，时刻 3～8 依次类推，直至到最右侧数码管显示为 8

4，循环重复上述 1～3 过程。

通过上述操作，则 8 个数码管能够分别显示不同的数值，但每一时刻只有一个数码管处于发光状态。如上述过程足够快（每秒钟循环 30 次以上），由于人眼的视觉残留效应，会感觉到 8 个数码管在同时发光，并且显示出不同的数值。

注意，循环频率也不宜过快，以 30～100Hz 为宜。