第04章 Arduino常用器件原理

1、第第4 4章章 ArduinoArduino常用器件原理常用器件原理本章內(nèi)容本章內(nèi)容： 色環(huán)電阻阻值的識(shí)別色環(huán)電阻阻值的識(shí)別 光敏電阻的工作原理光敏電阻的工作原理 蜂鳴器的基本原理及使用蜂鳴器的基本原理及使用 二極管、三極管的基本原理及作用二極管、三極管的基本原理及作用 數(shù)碼管的工作原理數(shù)碼管的工作原理 LCD1602y液晶顯示器的工作原理液晶顯示器的工作原理 4.1 4.1 色環(huán)電阻阻值的識(shí)別色環(huán)電阻阻值的識(shí)別 電阻的種類電阻的種類按材料分，有碳膜電阻、水泥電按材料分，有碳膜電阻、水泥電阻、金屬膜電阻和線繞電阻等不同類型；按功率阻、金屬膜電阻和線繞電阻等不同類型；按功率分有分有1/16W、

2、1/8W、 1/4W、 1/2W、 1W、 2W電阻電阻最常見的就是色環(huán)碳膜電阻如圖最常見的就是色環(huán)碳膜電阻如圖1所示所示1. 電阻電阻(a) 四環(huán)電阻四環(huán)電阻(b) 五環(huán)電阻五環(huán)電阻圖圖1 色環(huán)電阻圖色環(huán)電阻圖 色環(huán)電阻的基本單位有：歐姆色環(huán)電阻的基本單位有：歐姆()、千歐、千歐(K)、兆歐兆歐(M)。2. 色環(huán)電阻阻值的識(shí)別色環(huán)電阻阻值的識(shí)別 其中四環(huán)電阻前二環(huán)為數(shù)字，第三環(huán)表示阻值其中四環(huán)電阻前二環(huán)為數(shù)字，第三環(huán)表示阻值倍乘的數(shù)，最后一環(huán)為誤差；五環(huán)電阻前三環(huán)為數(shù)倍乘的數(shù)，最后一環(huán)為誤差；五環(huán)電阻前三環(huán)為數(shù)字，第四環(huán)表示阻值倍乘的數(shù)，最后一環(huán)為誤差。字，第四環(huán)表示阻值倍乘的數(shù)，最后一環(huán)為

3、誤差。 誤差通常也是金、銀和棕三種顏色，金的誤差誤差通常也是金、銀和棕三種顏色，金的誤差為為5%，銀的誤差為，銀的誤差為10%，棕色的誤差為，棕色的誤差為1%，無色，無色的誤差為的誤差為20%，另外偶爾還有以綠色代表誤差的，另外偶爾還有以綠色代表誤差的，綠色的誤差為綠色的誤差為0.5%。圖圖2 色環(huán)電阻識(shí)別原理圖色環(huán)電阻識(shí)別原理圖阻值阻值1 K 誤差誤差10%1 M2.74 K1 K560 K 4.2 4.2 光敏電阻的工作原理光敏電阻的工作原理 光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料鎘，另外還有硒、硫化鋁、

4、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照下，其阻值。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照下，其阻值迅速減小的特性。迅速減小的特性。1. 光敏電阻光敏電阻 光敏電阻的工作原理基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)光敏電阻的工作原理基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料的兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有體光敏材料的兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度2. 光敏電阻工作原理光敏電阻工作原理圖圖3 光敏電阻實(shí)物圖光敏電阻實(shí)物圖，兩電極常做成梳狀。在有光照射時(shí)，射入的光強(qiáng)，兩電極常做成梳狀。在有光照射時(shí)，射入的光強(qiáng)，電阻減小，射入的

5、光弱，電阻增大。光敏電阻實(shí)，電阻減小，射入的光弱，電阻增大。光敏電阻實(shí)物圖如圖物圖如圖3所示。所示。 4.3 4.3 蜂鳴器的工作原理蜂鳴器的工作原理 圖圖4所示，為蜂鳴器的實(shí)物圖。小型蜂鳴器因其所示，為蜂鳴器的實(shí)物圖。小型蜂鳴器因其體積小體積小(直徑只有直徑只有 6mm)、重量輕、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)牢、重量輕、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)牢靠，而廣泛地應(yīng)用在各種需要發(fā)聲的電器設(shè)備、電靠，而廣泛地應(yīng)用在各種需要發(fā)聲的電器設(shè)備、電 子子 制作和單片機(jī)等電路中。制作和單片機(jī)等電路中。1. 蜂鳴器蜂鳴器 圖圖4 蜂鳴器實(shí)物圖蜂鳴器實(shí)物圖 蜂鳴器一般分為有源和無源兩種，如圖蜂鳴器一般分為有源和無源兩種，如圖5所示。所示。2

6、. 有源無源蜂鳴器有源無源蜂鳴器(a) 有源蜂鳴器有源蜂鳴器(b) 無源蜂鳴器無源蜂鳴器圖圖5 有源有源/無源蜂鳴器無源蜂鳴器 從外觀上看，兩種蜂鳴器好像一樣，如果將蜂從外觀上看，兩種蜂鳴器好像一樣，如果將蜂鳴器引腳朝上時(shí)，可以看到，有綠色電路板的是一鳴器引腳朝上時(shí)，可以看到，有綠色電路板的是一種無源蜂鳴器，沒有電路板而使用黑膠密封的是一種無源蜂鳴器，沒有電路板而使用黑膠密封的是一種有源蜂鳴器。種有源蜂鳴器。從外觀上并不能絕對(duì)的區(qū)分出有源與無源，最可靠從外觀上并不能絕對(duì)的區(qū)分出有源與無源，最可靠的做法除了查看產(chǎn)品的參數(shù)手冊(cè)以外，還有就是使的做法除了查看產(chǎn)品的參數(shù)手冊(cè)以外，還有就是使用萬用表測(cè)試

7、蜂鳴器電阻，只有用萬用表測(cè)試蜂鳴器電阻，只有 8 或者或者 16 的是的是無源蜂鳴器，電阻在幾百歐以上的是有源蜂鳴器。無源蜂鳴器，電阻在幾百歐以上的是有源蜂鳴器。 有源蜂鳴器直接接上額定電源（新的蜂鳴器在有源蜂鳴器直接接上額定電源（新的蜂鳴器在標(biāo)簽上都有注明）就可以連續(xù)發(fā)聲，而無源蜂鳴器標(biāo)簽上都有注明）就可以連續(xù)發(fā)聲，而無源蜂鳴器則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。能發(fā)聲。實(shí)踐操作實(shí)踐操作1 1： 參考圖參考圖 6 所示電路原理圖，當(dāng)正常環(huán)境光線時(shí)，蜂鳴所示電路原理圖，當(dāng)正常環(huán)境光線時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲，當(dāng)用手遮住光敏電阻時(shí)，蜂鳴器鳴叫。

8、器不發(fā)聲，當(dāng)用手遮住光敏電阻時(shí)，蜂鳴器鳴叫。圖圖6 光敏電阻光敏電阻/蜂鳴器實(shí)驗(yàn)連接圖蜂鳴器實(shí)驗(yàn)連接圖參考代碼參考代碼：int photocellPin = 2; /定義變量定義變量photocellsh=2，為電壓讀取端口。，為電壓讀取端口。int buzzer = 12; /定義變量定義變量ledPin=12，為，為led 電平輸出端口電平輸出端口int val = 0; /定義定義val變量的起始值變量的起始值void setup() pinMode(buzzer, OUTPUT); /使使ledPin為輸出模式為輸出模式void loop() val = analogRead(phot

9、ocellPin); /從傳感器讀取值從傳感器讀取值 if(val=512) /512=2.5V /想讓傳感器敏感一些的時(shí)候，把數(shù)值調(diào)高想讓傳感器敏感一些的時(shí)候，把數(shù)值調(diào)高 /想讓傳感器遲鈍的時(shí)候把數(shù)值調(diào)低。想讓傳感器遲鈍的時(shí)候把數(shù)值調(diào)低。 buzzer(100); / digitalWrite(buzzer, HIGH); /當(dāng)當(dāng)val小于小于512(2.5V)的時(shí)候，的時(shí)候，led亮。亮。 else digitalWrite(buzzer, LOW); void buzzer(int n) for(i=0;in;i+) /輸出一個(gè)頻率的聲音輸出一個(gè)頻率的聲音 digitalWrite(bu

10、zzer,HIGH); /發(fā)聲音發(fā)聲音 delay(1); /延時(shí)延時(shí)1ms digitalWrite(buzzer,LOW); /不發(fā)聲音不發(fā)聲音 delay(1); /延時(shí)延時(shí)ms 4.4 4.4 晶體管的工作原理晶體管的工作原理 二極管二極管(diode)是一種半導(dǎo)體電子元件，由一種叫是一種半導(dǎo)體電子元件，由一種叫PN結(jié)結(jié)的半導(dǎo)體制成，從的半導(dǎo)體制成，從P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體中引出導(dǎo)線叫正極中引出導(dǎo)線叫正極，從，從N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體中引出導(dǎo)線叫負(fù)極。二極管的一個(gè)實(shí)中引出導(dǎo)線叫負(fù)極。二極管的一個(gè)實(shí)物圖如圖物圖如圖7所示，二極管的電路符號(hào)如圖所示，二極管的電路符號(hào)如圖8所示。所示。1. 二極管二

11、極管圖圖7 二極管實(shí)物圖二極管實(shí)物圖圖圖8 二極管電路符號(hào)二極管電路符號(hào) 二極管具有正向?qū)?，反向截止的特點(diǎn)。二極二極管具有正向?qū)?，反向截止的特點(diǎn)。二極管的正向電阻很小，一般在幾歐姆至幾百歐姆，甚管的正向電阻很小，一般在幾歐姆至幾百歐姆，甚至更小，反向電阻很大，一般在幾十千歐姆至幾十至更小，反向電阻很大，一般在幾十千歐姆至幾十兆歐姆。兆歐姆。2. 二極管的特性二極管的特性圖圖9 二極管伏安特性曲線二極管伏安特性曲線 二極管伏安特性曲二極管伏安特性曲線加在線加在PN結(jié)兩端的結(jié)兩端的電壓電壓和流過二極管的和流過二極管的電流電流之之間的關(guān)系曲線稱為伏安間的關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線。二極管的伏特性曲

12、線。二極管的伏安特性如圖安特性如圖9所示。所示。 由二極管伏安特性曲線知，對(duì)二極管施加正向由二極管伏安特性曲線知，對(duì)二極管施加正向偏置電壓時(shí)，則二極管中就有正向電流通過，隨著偏置電壓時(shí)，則二極管中就有正向電流通過，隨著正向偏置電壓的增加，開始時(shí)，電流隨電壓變化很正向偏置電壓的增加，開始時(shí)，電流隨電壓變化很緩慢，而當(dāng)正向偏置電壓增至接近二極管緩慢，而當(dāng)正向偏置電壓增至接近二極管導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓時(shí)時(shí)(鍺管為鍺管為0.3V左右，硅管為左右，硅管為 0.7V左右左右)，電流急劇，電流急劇增加，二極管導(dǎo)通后，電壓的少許變化，電流的變?cè)黾?，二極管導(dǎo)通后，電壓的少許變化，電流的變化都很大?；己艽?。 對(duì)二極

13、管施加反向偏置電壓時(shí)，二極管處于截對(duì)二極管施加反向偏置電壓時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，其反向電壓增加至該二極管的止?fàn)顟B(tài)，其反向電壓增加至該二極管的擊穿電壓擊穿電壓時(shí)時(shí)，電流猛增，二極管被擊穿，在二極管使用中應(yīng)竭，電流猛增，二極管被擊穿，在二極管使用中應(yīng)竭力避免出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，這很容易造成二極管的永久力避免出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，這很容易造成二極管的永久性損壞。性損壞。 發(fā)光二極管也是由一個(gè)發(fā)光二極管也是由一個(gè) PN 結(jié)構(gòu)成，具有單向結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ娦?。但其正向工作電壓?dǎo)電性。但其正向工作電壓(開啟電壓開啟電壓)比普通二極比普通二極管高，約為管高，約為 12.5V，反向擊穿電壓比普通二極管，反向擊穿電壓比普

14、通二極管低，約低，約 5V 左右。當(dāng)正向電流達(dá)到左右。當(dāng)正向電流達(dá)到 1mA 左右時(shí)開始左右時(shí)開始發(fā)光，發(fā)光，發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度近似與工作電流成正比；但工作電近似與工作電流成正比；但工作電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度逐漸趨于飽和，與工流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度逐漸趨于飽和，與工作電流成非線性關(guān)系。一般小型發(fā)光二極管正向工作電流成非線性關(guān)系。一般小型發(fā)光二極管正向工作電流為作電流為1020mA，最大正向工作電流為，最大正向工作電流為 3050 mA。3. 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 發(fā)光二極管的實(shí)物圖如圖發(fā)光二極管的實(shí)物圖如圖10所示，電路符號(hào)如所示，電路符號(hào)如圖圖11所示。所示。圖圖10 發(fā)光二極管實(shí)物

15、圖發(fā)光二極管實(shí)物圖圖圖11 發(fā)光二極管電路符號(hào)發(fā)光二極管電路符號(hào) 實(shí)際用到的實(shí)際用到的LED 從網(wǎng)上查找資料得知，其工作從網(wǎng)上查找資料得知，其工作電壓一般為電壓一般為1.5-2.0V，工作電流一般為，工作電流一般為10-20ma，反，反向擊穿電壓為向擊穿電壓為5V。控制板邏輯電路供電為?？刂瓢暹壿嬰娐饭╇姙?V。根據(jù)。根據(jù)以上參數(shù)假設(shè)以上參數(shù)假設(shè)LED 工作電壓選用工作電壓選用1.7，工作電流選用，工作電流選用15ma，限流電阻，限流電阻=(總電壓總電壓-LED 電壓電壓)/電流，所以限電流，所以限流電阻流電阻=（5-1.7）/0.015=220。4. 限流電阻的計(jì)算限流電阻的計(jì)算 4.5 4

16、.5 三極管的基本原理三極管的基本原理 三極管三極管(Triode )，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，是，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號(hào)放大成幅值較大的電信號(hào)，信號(hào)放大成幅值較大的電信號(hào)， 具有電流放大作用具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。，是電子電路的核心元件。1. 三極管三極管 晶體三極管按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一晶體三極管按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種材料又有種材料又有NPN和和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅材料三極管。硅材料三極管。有三個(gè)極，分別叫做有三個(gè)

17、極，分別叫做集電極集電極C，基極，基極B，發(fā)射極發(fā)射極E，三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號(hào)如圖三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號(hào)如圖12所示。所示。(a) NPN型三極管型三極管圖圖12 三極管結(jié)構(gòu)原理圖三極管結(jié)構(gòu)原理圖(b) PNP型三極管型三極管 三極管的伏安特性曲線可全面反映各電極的電三極管的伏安特性曲線可全面反映各電極的電壓和電流之間的關(guān)系，這些特性曲線實(shí)際上就是壓和電流之間的關(guān)系，這些特性曲線實(shí)際上就是結(jié)性能的外部表現(xiàn)。從使用的角度來看，可把三結(jié)性能的外部表現(xiàn)。從使用的角度來看，可把三2. 三極管的伏安特性三極管的伏安特性極管當(dāng)做一個(gè)非線性電阻來研究它的伏安特性，而極管當(dāng)做一個(gè)非線性電阻來研究

18、它的伏安特性，而不必涉及它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其中最常用的是輸入輸出不必涉及它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其中最常用的是輸入輸出特性。利用圖特性。利用圖13所示的電路即可測(cè)試三極管的特性所示的電路即可測(cè)試三極管的特性圖圖13 三極管伏安特性測(cè)量原理圖三極管伏安特性測(cè)量原理圖 按照?qǐng)D按照?qǐng)D13的電路測(cè)量而形成的三極管輸入電壓的電路測(cè)量而形成的三極管輸入電壓(V1)與輸入電流與輸入電流(uA) 形成三極管的輸入特性，輸出形成三極管的輸入特性，輸出電壓電壓(V2)與輸入電流與輸入電流(mA)形成三極管的輸出特性。形成三極管的輸出特性。(a) 三極管輸入特性曲線三極管輸入特性曲線圖圖14 三極管三極管I/O特性曲線特性曲線(

19、b三極管輸出特性曲線三極管輸出特性曲線 由輸出特性曲線可見，可將該圖分為三個(gè)區(qū)：由輸出特性曲線可見，可將該圖分為三個(gè)區(qū)： (1) 放大區(qū)放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，此時(shí)有：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，此時(shí)有 當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)正向壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，這時(shí)基極電流對(duì)集電極電偏置，集電結(jié)反向偏置，這時(shí)基極電流對(duì)集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)Ic/Ib，三極管處于截

20、止?fàn)顟B(tài)。，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。 (2) 截止區(qū)截止區(qū)：Ube死區(qū)電壓，死區(qū)電壓，IB=0，IC 0 當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電結(jié)的導(dǎo)通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時(shí)失去了電流放大作用，集電極和發(fā)零，三極管這時(shí)失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，我們稱三極管處射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，我們稱三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。于截止?fàn)顟B(tài)。 (3) 飽和區(qū)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，此時(shí)有：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，此時(shí)有 當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于當(dāng)加在三極管發(fā)射

21、結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時(shí)，集電極電流壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時(shí)，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化，這時(shí)三極管失去電流放大作用值附近不怎么變化，這時(shí)三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。三極管的這種狀態(tài)極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。三極管的這種狀態(tài)我們稱之為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。我們稱之為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。實(shí)踐操作實(shí)踐操作2 2： 參考圖參考圖 15 所示電路原理圖，估算限流電阻的

22、大小，所示電路原理圖，估算限流電阻的大小，編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字跑馬燈的功能。編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字跑馬燈的功能。圖圖15 光敏電阻光敏電阻/蜂鳴器實(shí)驗(yàn)連接圖蜂鳴器實(shí)驗(yàn)連接圖參考代碼參考代碼：int BASE= 2; int NUM = 6; int index = 0; void setup() for(int i=BASE+NUM; iBASE;i+) pinMode(i,OUTPUT); void loop() for(int i=BASE; iBASE+NUM;i+) digitalWrite(i,LOW); digitalWrite(BASE+index,HIGH); index=(index+1)%N

23、UM; delay(100);實(shí)踐操作實(shí)踐操作3 3： 參考圖參考圖 16 所示電所示電路原理圖，連接各器路原理圖，連接各器件，編程實(shí)現(xiàn)六燈閃件，編程實(shí)現(xiàn)六燈閃爍的功能。爍的功能。 圖圖16 六燈閃爍實(shí)驗(yàn)連線圖六燈閃爍實(shí)驗(yàn)連線圖參考代碼參考代碼：/設(shè)置設(shè)置Led的數(shù)字的數(shù)字IO引腳引腳int Led1 = 1; int Led2 = 2; int Led3 = 3; int Led4 = 4; int Led5 = 5; int Led6 = 6; /Led燈的花樣顯示示例燈的花樣顯示示例1程序程序void style_1(void) unsigned char j; for(j=1;j=1;

24、j-) digitalWrite(j,LOW); delay(200); 4.6 4.6 數(shù)碼管的基本原理數(shù)碼管的基本原理 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。常見的數(shù)碼管為八段數(shù)碼管，分別代發(fā)光二極管。常見的數(shù)碼管為八段數(shù)碼管，分別代表數(shù)碼管上數(shù)字組成的七段和右下角的一個(gè)小數(shù)點(diǎn)表數(shù)碼管上數(shù)字組成的七段和右下角的一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，一位數(shù)碼管的原理圖如圖，一位數(shù)碼管的原理圖如圖17所示。發(fā)光二極管單所示。發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管。元連接方式分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管。1. 一位數(shù)碼管顯示原理一位數(shù)碼管顯示原理圖圖17 一位

25、數(shù)碼管原理圖一位數(shù)碼管原理圖 本次實(shí)驗(yàn)采用數(shù)碼管型號(hào)為本次實(shí)驗(yàn)采用數(shù)碼管型號(hào)為SM4105 W8U3，為，為一個(gè)一個(gè)共陽極共陽極的數(shù)碼管，引腳圖如圖的數(shù)碼管，引腳圖如圖17所示。所示。2. 一位數(shù)碼管一位數(shù)碼管SM4105 W8U3圖圖17 SM4105 W8U3一位數(shù)碼管引腳圖一位數(shù)碼管引腳圖void setup() unsigned char i ; for(i=1;i=6;i+) pinMode(i,OUTPUT);void loop() style_1(); 四位數(shù)碼管同一位數(shù)碼管一樣也分共陰和共陽四位數(shù)碼管同一位數(shù)碼管一樣也分共陰和共陽兩類。圖兩類。圖18即為一個(gè)共陽四位數(shù)碼管示意圖

26、，有即為一個(gè)共陽四位數(shù)碼管示意圖，有12個(gè)引腳，分別對(duì)應(yīng)每位一位數(shù)碼管的公共陽極，和個(gè)引腳，分別對(duì)應(yīng)每位一位數(shù)碼管的公共陽極，和與每一位數(shù)碼管陰極與每一位數(shù)碼管陰極(a,b,c,d,e,f,g,dp)相連的相連的8個(gè)引腳個(gè)引腳3. 四位數(shù)碼管顯示原理四位數(shù)碼管顯示原理 圖圖18 四位共陽數(shù)碼管引腳圖四位共陽數(shù)碼管引腳圖 4 位數(shù)碼管總共有位數(shù)碼管總共有12 個(gè)引腳，小數(shù)點(diǎn)朝下正放個(gè)引腳，小數(shù)點(diǎn)朝下正放在面前時(shí)，左下角為在面前時(shí)，左下角為1，其他管腳順序?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)，其他管腳順序?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)。左上角為最大的。左上角為最大的12 號(hào)管腳，如圖號(hào)管腳，如圖19所示。所示。 圖圖19 四位共陽數(shù)碼管引

27、腳位置指示圖四位共陽數(shù)碼管引腳位置指示圖 位數(shù)碼管內(nèi)部連接原理圖，如圖位數(shù)碼管內(nèi)部連接原理圖，如圖20所示。所示。 驅(qū)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管限流電阻有兩種接法，一種是在動(dòng)數(shù)碼管限流電阻有兩種接法，一種是在 d1-d4 陽陽極接個(gè)電阻。這種接法好處是需求電阻比較少，極接個(gè)電阻。這種接法好處是需求電阻比較少，但是會(huì)產(chǎn)生每一位上顯示不同數(shù)字亮度會(huì)不一樣。但是會(huì)產(chǎn)生每一位上顯示不同數(shù)字亮度會(huì)不一樣。另外一種接法就是在其它個(gè)引腳上接，這種接法另外一種接法就是在其它個(gè)引腳上接，這種接法亮度顯示均勻，但是用電阻較多。亮度顯示均勻，但是用電阻較多。 圖圖20 四位共陽數(shù)碼管原理圖四位共陽數(shù)碼管原理圖實(shí)踐操作實(shí)踐操作4 4

28、： 參考圖參考圖 21 所示電路所示電路連接圖，實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字骰連接圖，實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字骰子。試估算限流電阻的大子。試估算限流電阻的大小，編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字從小，編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字從0到到9循環(huán)跳動(dòng)，當(dāng)按下按鍵循環(huán)跳動(dòng)，當(dāng)按下按鍵時(shí)，數(shù)碼管定格在當(dāng)前的時(shí)，數(shù)碼管定格在當(dāng)前的數(shù)字上，不再跳動(dòng)。數(shù)字上，不再跳動(dòng)。 圖圖21 數(shù)字骰子連線圖數(shù)字骰子連線圖 數(shù)碼管型號(hào)：數(shù)碼管型號(hào)： SM4105 W8U3 參考代碼參考代碼：/一位數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)一位數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)int a = 7; int b = 6; int c = 5; int d = 11; int e = 10; int f = 8; int g=9;int

29、dp=4;/顯示數(shù)字顯示數(shù)字1代碼代碼void digital_1(void) unsigned char j; digitalWrite(c,LOW); digitalWrite(b,LOW); for(j=7;j=11;j+) digitalWrite(j,HIGH); digitalWrite(dp,HIGH);/其它數(shù)字其它數(shù)字0,2,9,全滅全滅 代碼參考數(shù)字代碼參考數(shù)字1顯示代碼顯示代碼void setup(void) int i; for(i=4;i1000) delay(100); digital_2(); while(analogRead(0)1000) delay(100)

30、; . digital_9(); delay(2000); 實(shí)踐操作實(shí)踐操作5 5： 參考圖參考圖 22 所示電路連接圖，實(shí)現(xiàn)一個(gè)顯示任意所示電路連接圖，實(shí)現(xiàn)一個(gè)顯示任意4位位有效數(shù)字的數(shù)字顯示器，參考代碼有效數(shù)字的數(shù)字顯示器，參考代碼(略略)。 圖圖22 四位數(shù)碼管顯示連線圖四位數(shù)碼管顯示連線圖 4.7 16024.7 1602液晶顯示的基本原理液晶顯示的基本原理 LCD1602字符型液晶顯示模塊是一種專門用于字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用的，目前常用的有有16*1，16*2，20*2和和40*2行等的模塊。行等的模塊

31、。1. 液晶顯示器液晶顯示器1602 圖圖23 LCD1602液晶顯示模塊實(shí)物圖液晶顯示模塊實(shí)物圖顯示容量顯示容量:162個(gè)字符個(gè)字符2. LCD1602的基本參數(shù)的基本參數(shù)芯片工作電壓芯片工作電壓:4.55.5V 工作電流工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸字符尺寸:2.954.35(WH)mm3. LCD1602的引腳功能說明的引腳功能說明 1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或腳（無背光）或16腳（腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表帶背光）接口，各引腳接口說明如表1所示所示:第第3腳腳：Vl為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源

32、時(shí)為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí) 對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過 高時(shí)會(huì)產(chǎn)生高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。的電位器調(diào)整對(duì)比度。 表表1 LCD1602液晶顯示模塊引腳說明表液晶顯示模塊引腳說明表第第 4 腳腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存 器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第第 5 腳：腳：R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作 ，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和和

33、R/W共同共同 為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址， 當(dāng)當(dāng)RS為低電平為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信為高電平時(shí)可以讀忙信 號(hào)，當(dāng)號(hào)，當(dāng)RS為高電平為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫為低電平時(shí)可以寫 入數(shù)據(jù)。入數(shù)據(jù)。第第 6 腳：腳：E端為使能端，當(dāng)端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電端由高電平跳變成低電 平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 (1) 指令說明指令說明：1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條條 控制指令，如表控制指令，如表2所示：所示：3. LCD1602的指令說明及時(shí)序的指令說明及時(shí)序 表表2 LCD160

34、2液晶顯示模塊指令說明表液晶顯示模塊指令說明表指令指令 1 ：清顯示，指令碼：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址，光標(biāo)復(fù)位到地址00H 位置。位置。指令指令 2 ：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令指令 3 ：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，：光標(biāo)移動(dòng)方向， 高電平右移，低電平左移高電平右移，低電平左移 ；S:屏幕上所有屏幕上所有 文字是否左移或者右移。高電平表示有效文字是否左移或者右移。高電平表示有效 ，低電平則無效。，低電平則無效。指令指令 4 ：顯示開關(guān)控制。：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與：控制整體顯示的開與 關(guān)，高電

35、平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯 示示 ；C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示 有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) ；B：控制光：控制光 標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電 平不閃爍平不閃爍 指令指令 5 ：光標(biāo)或顯示移位：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的 文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令指令 6 ：功能設(shè)置命令。：功能設(shè)置命令。 DL：高電平時(shí)為：高電平時(shí)為4位總線位總線 ，低電平時(shí)為，低電平時(shí)為8位總線；位總線；N：低電平時(shí)為單：低電平時(shí)為單 行顯

36、示，高電平時(shí)雙行顯示行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 ；F: 低電平時(shí)低電平時(shí) 顯示顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符。的點(diǎn)陣字符。指令指令 7 ：字符發(fā)生器：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。地址設(shè)置。指令指令 8 ： DDRAM地址設(shè)置。地址設(shè)置。 指令指令 9 ：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 。BF：為忙標(biāo)志位，：為忙標(biāo)志位， 高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或 者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令指令10 ：寫數(shù)據(jù)。：寫數(shù)據(jù)。指令指令11 ：讀數(shù)據(jù)。：讀數(shù)據(jù)。(2) 時(shí)序時(shí)序

37、1602的讀的讀/時(shí)序說明如表時(shí)序說明如表3所示，讀時(shí)序如圖所示，讀時(shí)序如圖24所所示，寫數(shù)據(jù)的時(shí)序如圖示，寫數(shù)據(jù)的時(shí)序如圖25所示。所示。 表表3 LCD1602液晶顯示模塊時(shí)序表液晶顯示模塊時(shí)序表 圖圖25 LCD1602液晶顯示模塊寫時(shí)序圖液晶顯示模塊寫時(shí)序圖 圖圖24 LCD1602液晶顯示模塊讀時(shí)序圖液晶顯示模塊讀時(shí)序圖4. LCD1602的地址映射的地址映射 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸表示不忙，否則

38、此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，表，表4是是1602的內(nèi)部顯示地址。的內(nèi)部顯示地址。 表表4 LCD1602液晶顯示模塊顯示地址表液晶顯示模塊顯示地址表 以以40地址為例：因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高地址為例：因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位位D7恒定為高電平恒定為高電平 1 所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B(40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。5. LCD1602的初始化過程的初始化過程 延時(shí)延時(shí)15mS 寫指令寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）（不

39、檢測(cè)忙信號(hào)） 延時(shí)延時(shí)5mS 寫指令寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）（不檢測(cè)忙信號(hào)） 延時(shí)延時(shí)5mS 寫指令寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）（不檢測(cè)忙信號(hào)） 以后每次寫指令、讀以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需檢測(cè)忙信號(hào)寫數(shù)據(jù)操作均需檢測(cè)忙信號(hào) 寫指令寫指令38H：顯示模式設(shè)置：顯示模式設(shè)置 寫指令寫指令08H：顯示關(guān)閉：顯示關(guān)閉 寫指令寫指令01H：顯示清屏：顯示清屏 寫指令寫指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 寫指令寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置：顯示開及光標(biāo)設(shè)置實(shí)踐操作實(shí)踐操作6 6： 參考圖參考圖 26 所示電路連接圖，實(shí)現(xiàn)一個(gè)在所示電路連接圖，實(shí)現(xiàn)一個(gè)在1602屏幕屏幕的任意位置

40、顯示字符的功能。的任意位置顯示字符的功能。 圖圖26 LCD1602液晶顯示模塊寫時(shí)序圖液晶顯示模塊寫時(shí)序圖參考代碼參考代碼：/一位數(shù)碼管四位接法顯示實(shí)驗(yàn)一位數(shù)碼管四位接法顯示實(shí)驗(yàn)int LCD1602_RS=12;int LCD1602_RW=11;int LCD1602_EN=10;int DB = 6, 7, 8, 9;char str1=Welcome to;char str2=geek-workshop;char str3=this is the;char str4=4-bit interface;void LCD_Command_Write(int command) /寫命令函數(shù)寫

41、命令函數(shù) int i,temp; digitalWrite( LCD1602_RS,LOW); digitalWrite( LCD1602_RW,LOW); digitalWrite( LCD1602_EN,LOW); temp=command & 0 xf0; for (i=DB0; i = 9; i+) digitalWrite(i,temp & 0 x80); temp = 1; /將命令寫入命令寄存器（高將命令寫入命令寄存器（高4位）位） digitalWrite( LCD1602_EN,HIGH); delayMicroseconds(1); digitalWrite

42、( LCD1602_EN,LOW); /將命令寫入命令寄存器（低將命令寫入命令寄存器（低4位）位） temp=(command & 0 x0f)4; for (i=DB0; i = 10; i+) digitalWrite(i,temp & 0 x80); temp = 1; digitalWrite( LCD1602_EN,HIGH); delayMicroseconds(1); digitalWrite( LCD1602_EN,LOW); / end command write void LCD_Data_Write(int dat) /寫數(shù)據(jù)函數(shù)寫數(shù)據(jù)函數(shù) int i=0

43、,temp; digitalWrite( LCD1602_RS,HIGH); digitalWrite( LCD1602_RW,LOW); digitalWrite( LCD1602_EN,LOW); temp=dat & 0 xf0; for (i=DB0; i = 9; i+) digitalWrite(i,temp & 0 x80); temp = 1; digitalWrite( LCD1602_EN,HIGH); delayMicroseconds(1); digitalWrite( LCD1602_EN,LOW); temp=(dat & 0 x0f)4; for (i=DB0; i = 10; i+) digitalWrite(i,temp & 0 x80); temp = 1; digitalWrite(i,temp & 0 x80); temp = 1; digitalWrite( LCD1602_EN,HIGH); delayMicroseconds(1)