点亮数码管

本节课利用已经学习的LED知识去控制一个8位数码管。

本节的原理比较简单。不需要多少时间讲。

更多时间是跟大家一起编码调试，从中学习一些编码思路和学习方法。

什么是数码管

数码管是什么？下图就是一个数码管

从硬件上个看，其实就是8个LED组合在一起。8个LED应该有16个引脚，但是数码管上只有10个引脚。为什么呢？

请看下图：

1个LED有两个引脚，要控制LED，1个引脚接控制信号，另外一个引脚接电源或者地（高驱动或低驱动，下同）。

那么，当有8个LED，只需要8根IO口控制状态，其他IO全部接到地或者电源即可。

当用高驱动时，LED负极全部接到地，这种数码管就叫做共阴极数码管。

当用低电平驱动时，LED正极全部接到电源，这种数码管就叫做共阳极数码管。

数码管实物中，小数点LED通常单独引出两个引脚，由我们在电路图上连接在一起。

原理图

从原理可知，控制数码管需要8根IO口。下图就是原理图。

IO口选择PE7---PE14，这8个IO口是连续的，方便代码控制。

共阴极数码管，所有负极接到地。正极通过1个限流电阻接到控制IO口。

接口设计

什么是接口？

两件事物之间的交互通道叫做接口。
软件中，应用程序控制硬件用的函数，就是接口。
从上往下看，即用户角度看硬件，用户想要什么功能？
从下往上看，硬件有什么功能？能提供什么功能？（注意二者区别）

刚刚开始学编程，这些设计理念可以了解，慢慢实践

一位数码管有什么功能？

首先，有8个LED可以点亮。
然后，8个数码管可以组成数字。

从用户角度看，我们用数码管做什么呢？通常我们需要的功能是显示数字，而不是点亮某个段。

所以，我们就定义数码管的功能是：显示数字

函数接口如下：

/*
    定义一个seg_display
    输入参数有2个，分别是char型的num，char型的dot
    没有返回值。
*/
void seg_display(char num, char dot)

num就是要显示的数字：0~9

dot表示要不要点亮小数点

到此，我们编码前的学习和设计就完成了，下面开始实现功能。

编码调试

第一步，点亮LED

这一步在上一节调试LED时已经学过，代码如下：

``` / 调用库函数RCC_APB2PeriphClockCmd 传入两个参数RCC_APB2Periph_GPIOD，ENABLE RCC_APB2Periph_GPIOD是一个宏定义， ENABLE是一个新定义的枚举类型FunctionalState / RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);

GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14);
/* Configure PD0 and PD2 in output pushpull mode */
/* Configure PD0 and PD2 in output pushpull mode */
/*赋值给结构体变量GPIO_InitStructure的成员，
    注意，GPIO_InitStructure是实体，所以用点，
    如果是一个结构体指针，就用->
    GPIO_InitStructure->GPIO_Pin
*/  
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
 GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);

GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_7);
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8);
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_9);
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_11);
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_12);
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_13);
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_14);

```

几个关键点：

记得打开IO口时钟。

先设置状态，再配置IO口为输出。防止IO口配置完后LED闪一下。

（特别是在控制电机时，一定要配置为确定状态后再将GPIO外设连接到IO口）

然后调用GPIO_SetBits控制IO口。

用调试器一个一个LED数码管轮流测试，看是不是能点亮、熄灭。

为什么要一个一个调试？因为这样测试可以要测试出硬件上IO口短路的情况。

如果8个IO口一起控制亮灭，就无法知道IO口有没有短路。

用直接控制IO的方法实现接口

接口函数原型我们已经定义好：

void seg_display(char num, char dot)

既然我们都会控制LED了，那么，就用控制LED的方法实现这个函数。

```

    if(dot  == 1)
    {
                GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_7);
    }

    switch(num)
    {
        case 0:
            GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13);
            break;

        case 1:
            GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10);
            break;

        case 2:
            GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_14);
            break;

        case 3:
            GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_14);
            break;

        case 4:
            GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14);
            break;

        case 5:
            GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14);
            break;

        case 6:
            GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14);
            break;

        case 7:
            GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10);
            break;

        case 8:
            GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14);
            break;

        case 9:
            GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14);
            break;

        default:
            break;
    }   
```

进入函数后，先把所有的LED都熄灭。

然后用if语句判断dot参数，如果等于1，就点亮小数点。

再用switch语句，根据num的值，点亮不同的LED，组成num指定的数字。

如此，就是实现了功能，在main函数中调用这个函数，就能显示指定的数字了。（先用调试器加断点运行查看执行结果）

用同时操作一组IO口的方法

上面的方法尽管实现了功能，但是你有没有觉得，这么简单的功能用了这么复杂的代码，是不是很不美？代码也很啰嗦。

其实我们有更简洁的方法。很多同学可能想到直接把GPIO_SetBits函数的第二个参数定义为一个数字，看起来就更简洁了。

我们说的不是这种优化，我们能把代码优化得很简单。（用GPIO_SetBits也可以优化，大家自己实验）

先看下GPIO_SetBits和GPIO_ResetBits函数。这两个函数操作不同的寄存器，对指定的IO进行置位或清零。

如果我们去查规格书，可以发现我们可以直接设置一个寄存器输出0或1，而不是置位或清零操作。不用看寄存器，直接看库函数也能看到。

注意额，不是GPIO_WriteBit，这个函数只是将GPIO_SetBits和GPIO_ResetBits组合使用。

我们说的是GPIO_Write，这个函数直接写ODR寄存器，你写入什么值，IO口就输出什么值。

用这个函数还有一个好处：将8个LED当做一个整体。

代码如下：

``` if(dot == 1) { GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_7); }

    switch(num)
    {
        case 0:
            GPIO_Write(GPIOE, 0x3f00);
            break;

        case 1:
            GPIO_Write(GPIOE, 0x0600);
            break;

        case 2:
            GPIO_Write(GPIOE, 0x5b00);
            break;

        case 3:
            GPIO_Write(GPIOE,0x4f00);
            break;

        case 4:
            GPIO_Write(GPIOE, 0x6600);
            break;

        case 5:
            GPIO_Write(GPIOE, 0x6d00);
            break;

        case 6:
            GPIO_Write(GPIOE, 0x7d00);
            break;

        case 7:
            GPIO_Write(GPIOE, 0x0700);
            break;

        case 8:
            GPIO_Write(GPIOE,0x7f00);
            break;

        case 9:
            GPIO_Write(GPIOE, 0x6700);
            break;

        default:
            break;
    }

```

这种方法跟置位方法的区别是：

置位需要两步，先清所有IO。

再置位要点亮的IO。

GPIO_Write一步就可以将所有IO设置为指定值。

用查表法

表是什么？表，就是数组。

从上面的switch我们可以看出，不同数字对应不同的值。而且：

switch的参数num是连续的值0~9

因此我们可以用表获取要写到IO口的值，然后，抛弃switch。

``` / 定义一个全局数组SegTab，数组成员类型是uint16_t 并初始化数组。这个数组是数码管显示0-9的段定义。请看seg_display函数，例如，第一个值是0x3f00 在seg_display，取这个数，输出到IO口，LED就能显示0。 / uint16_t SegTab[10]={0x3f00, 0x0600, 0x5b00, 0x4f00, 0x6600, 0x6d00, 0x7d00, 0x0700, 0x7f00, 0x6700};

..........

if(dot == 1) { GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_7); }

    if(num >= 10)
        return;


    GPIO_Write(GPIOE, SegTab[num]);

```

用了表，SegTab表中的值就是对应的数码管点亮值。

很长的switch变为一行代码。

修复同时控制一组IOBUG

用上面的函数做实验，我们会发现，其他IO口也被我们控制了，不应该这样。

原因是GPIO_Write一次性写一组IO，但是我们只是用了其中的8个IO。另外8根IO也被我们输出为0了。

解决这个问题的方法就是：

读回-->修改-->写进

记住，这是一个重要方法。

代码如下：

``` uint16_t tmp;

    if(dot  == 1)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_7);
    }

    if(num >= 10)
        return;

    tmp = GPIO_ReadOutputData(GPIOE);
    tmp = tmp&0x80ff;
    tmp = tmp | SegTab[num];
    GPIO_Write(GPIOE, tmp);

```

GPIO_ReadOutputData读回当前GPIOE的输出值，注意，是读输出值，而不是输入值。

位与上0x80ff，意思是将为0的位清零，这些位就是我们准备要设置的IO口。

位或上要写的值SegTab[num]，或的功能是有1为1。

再输出。

如此，GPIO_Write操作就只会改变数码管的IO口。

请先理解位与和位或。

和逻辑与逻辑或是不一样的。

小数点也合进来。

小数点的IO正好也在GPIOE，同一组IO口，可以合并进来。

最终代码

``` / 写一个IO口,回读--写模式为什么呢？因为我们只是使用了一个IO口中的几个管脚比如GPIOE，一共有16个脚，我们只是用了8个脚。 GPIO_Write函数是一次性设置16个脚。如果不回读直接设置，那么，除了我们使用的8个脚之外的脚就会被意外改变。 / tmp = GPIO_ReadOutputData(GPIOE); /清空我们使用的几个管脚对应的位/ tmp = tmp&0x807f;//位与，注意和&&的区别，&&是逻辑比较 / 将我们要使用的几个管脚设置为我们需要的值，比如，显示0，那么值就是 SegTab[0]，也就是0x3f00，或操作是有1为1. 那么，经过下面的或操作，我们的管脚，需要设置为1的位，就会是1，我们不使用的管脚，原来是1的，现在也不会被改变，还是1. / tmp = tmp | SegTab[num];//位或，注意和||的区别

    if(dot  == 1)
    {
        /*
            如果需要显示数码管的小数点，就将对应位设置为1
            0x0080， 为1的位是bit7，因为数码管的小数点接在GPIOE.7上。
        */
        tmp = tmp | 0x0080;
    }
    GPIO_Write(GPIOE, tmp);

```

本文档没列出所有代码，请查看例程代码获取完整版本。

结束

SegTab这个数组，就是在数码管这个现实设备上显示数字的点阵字库。

END

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