面向AMetal框架与接口的编程原理和技巧

面向AMetal框架与接口的编程（上），对AMetal框架进行了详细介绍，通过阅读这本书，你可以学到高度复用的软件设计原则和面向接口编程的开发思想，聚焦自己的“核心域”，改变自己的编程思维，实现企业和个人的共同进步。经周立功教授授权，即日起，致远电子公众号将对该书内容进行连载，愿共勉之。

第四章为面向接口的编程，本文内容包括：4.3 LED 数码管。

4.3 LED 数码管

>>>  4.3.1 静态显示

如图4.10 所示是由2 个共阳极的LN3161BS 组成的LED 数码管电路，R1～R8 为限流电阻，c1 和c2在内部并联连接。如果将段选端a～dp 与位选端com0、com1 连接到AM824-Core 的PIO0_8~PIO0_15 与PIO0_17、PIO0_23，则通过程序即可控制笔段的亮灭。由于数码管的8 个段选端全部都要经过com 口才能得到供电，因此需要增加三极管提高com 口的驱动电流，以弥补LPC824 GPIO 驱动电流的不足。当com 为低电平时三极管导通，则数码管的c1、c2 为高电平，即选通数码管。此时只要数码管的任一段选端为低电平，则点亮数码管相应的笔段。

图4.10 LED 显示器电路图

MiniPort-View 数码管模块通过MiniPort B（排母）与AM824-core 相连，同时将其余不使用的I/O 通过MiniPort A（排针）引出，实现模块的横向堆叠，其对应AM824-Core 的MiniPort 接口J4的功能定义详见图4.11。

图4.11 数码管模块实物与接口定义

“日”形数字显示除了能够显示10 进制数字0～9，有时也用于显示16 进制字母AbCdEF 或其它一些非常简单的符号。按照二进制的计算方法，8 段显示有256 种组合，去掉“点（dp）”的显示，其笔段的组合为128 种（2⁷），而数字0～9 只有10 个符号，因此要想得到我们希望的显示符就必须对显示段进行编码。显然，如果要想点亮数码管的某一个笔段，则只需将对应的笔段置0就可以了。即输出低电平至com0 端，同时输出低电平至b、c 段，点亮LED 得到字符“1”。由此可见，按照数字的笔画排列，则很容易得到10 个数字0～9 共10 个显示字符，七段共阳数码管10 个数字段码表详见表4.2。

表4.2 七段共阳极数码管段码表

如果以8 位数值表示段码，当其相应位为0 时，则表示对应的段点亮。bit7~0 分别与dp~a 对应，假设bit0 为0，即点亮a。为了方便访问，不妨将段码存放到一个数组中。即：

AMetal 软件包提供了熄灭所有数码管的板级初始化函数、段码传送函数、位码传送函数和数字显示扫描函数，其函数接口详见程序清单4.10。

程序清单4.10 digitron0.h 接口

其中，code 为待显示数字0~9 所对应的段码，pos 为com0 或com1 对应的数字下标（0~1），num 为待显示的数字0~9。当后续调用这些函数时，则只需要“#include "digitron0.h"”就可以了。比如，在com0 数码管上显示数字1，详见程序清单4.11。

程序清单4.11 静态显示数字1 范例程序

如果让单个数码管循环显示0~9，且循环的时间为1s，显然显示时间也是1s，那么这就是一个简单的秒计数器，详见程序清单4.12。

程序清单4.12 秒计数器范例程序

当你看到程序清单4.12（9）中的“i = (i + 1) % 10;”代码时，是否有一种似曾相识的感觉呢？这行代码是从LED 流水灯实验中提炼出来的。如果需要倒计时呢？则将其修改为“i= ((i – 1) + 10) % 10;”。如果要从9 开始倒计数呢？那就将i 的初始值修改为9。至此已经实现了0~9 的循环显示，能否循环显示0~99 呢？这就是下面将要介绍的数码管动态扫描显示。

>>>  4.3.2 动态显示

如果要显示多位数字，则需将多个数码管并接在一起使用。此时将会出现一大堆段选端的问题，比如，两位数码管需要2×8＝16 个段选信号，而LPC824 一共才16 个I/O，无法满足需求，同时管脚使用越多，连线也会变得越复杂。所以为避免使用过多的管脚而造成资源浪费和连线复杂，人们发明了一种动态扫描方式来实现多个数码管的显示。

由于数码管的段码是连接在一起的，那么同一时刻两个数码管的段码必然是相同的，如果简单地使2 个公共端（com）均有效来实现2 个数码管的显示，那么必然都会显示相同的内容。怎么办？分时显示，即一段时间数码管0 正常显示（com0 有效，com1 无效，段码为数码管0 需要显示的图形），另外一段时间数码管1 正常显示（com1 有效，com0 无效，段码为数码管1 需要显示的图形）。如要显示一个数值12？即在com0 显示1，在com1 管显示2，详见程序清单4.13。

程序清单4.13 显示数值12 范例程序

虽然在实际的操作过程中数字是轮流显示的，但只要轮流操作的速度达到一定的范围，那么在人眼看起来就能达到和整体显示的效果一样，就像我们经常看的电影技术一样。

再细心观察一下实验现象可以发现，虽然显示的数字是12，但是数码管显示的1 和2 都会有另外一个数字的影子。com0 显示的是1，但也能看到2 的影子。

digitron_disp_num()就是digitron_com_sel ()和digitron_segcode_set()的一个简单组合。其显示过程是先传送位码、后传送段码，于是在传送位码和传送段码之间就产生了时间间隙。当新的com 端有效时，仍然还在使用此前的段码，所以出现了短暂的错误现象。怎么办？可以在这段时间内熄灭所有的数码管，避免错误显示。即：

那如何循环显示0 ~ 59 呢？即将要显示的数值加1，详见程序清单4.14。

程序清单4.14 0~59 秒计数器范例程序（1）

程序还可以继续优化吗？现在的问题是，为了显示一个数据，即便数据没有改变，也必须动态扫描数码管，否则无法显示。首先将待显示的数据存放到缓冲区（存储单元），然后每隔一段时间从缓冲区读取待显示的数据。即：

读缓冲区的数据实现动态扫描的函数详见程序清单4.15。

程序清单4.15 动态扫描显示函数

由此可见，缓冲区的段码就是当前要显示的数据，当再次切换时，则继续调用该函数，则在下一个位显示数据，以此类推。由于位选变量pos 每次都是在上一次显示的位的基础上变化的，因此必须将其声明为静态变量。显然，只要将显示的内容存放到缓冲区中，同时保证以一定的时间间隔（各个数码管显示后的延时）调用该函数，即可实现动态扫描。

为了便于复用数码管程序，则将上述代码全部存放到digitron1.c 文件，函数声明放到digitron1.h 文件。其接口如下：

(1) digitron_init()：初始化相关引脚；

(2) digitron_disp_scan()：动态扫描函数。

由于要将待显示内容存放到缓冲区，同时还可能访问段码表，因此不允许调用者直接操作其中的变量、数组等，基于此增加3 个接口函数，其分别为传送段码到显示缓冲区，传送数字0~9 到显示缓冲区与获取待显示数字的段码，其相应的代码详见程序清单4.16。

程序清单4.16 操作缓冲区和段码表接口函数

如果要在com0 显示“3.”，则可以直接这样使用：

最后将这些接口全部声明在程序清单4.17 所示的digitron1.h 文件中，相关的实现代码详见“深入浅出AMetal——动态显示”介绍的digitron1.c 文件。

程序清单4.17 digitron1.h 文件内容

注意，在digitron1.h 接口中，已经使用digitron_disp_num_set ()和digitron_disp_code_set()替代digitron_disp_num()和digitron_disp_code()，程序清单4.18 就是通过迭代后的循环显示0~59 秒计数器范例程序。

程序清单4.18 0~59 秒计数器范例程序（2）

>>>  4.3.3 闪烁处理

在显示过程中，有时为了修改某位数码管的值，需要对数码管进行闪烁处理。在温度采集场合，当温度超过一定的值后，可以将显示的温度值做全闪处理，以引起观察者注意。

实际上，只要让数码管显示一段时间，熄灭一段时间，就产生了闪烁的效果，显然只要直接操作缓冲区就可以了。假设每秒闪烁2 次，在个位不断闪烁，详见程序清单4.19。

程序清单4.19 实现秒计数器个位闪烁（1）

在程序中，1s 闪烁2 次，每次闪烁占用500ms，即显示250ms，熄灭250ms。每秒结束后，秒计数器加1，显然用同样的方法也可以使秒计数器的十位闪烁，由此可见，实现闪烁仅需交替传送正常显示的段码和熄灭显示的段码即可。由于熄灭显示的段码非常特殊，固定为0xFF。因此，只要在合适的时间传送相应段码即可，段码传送函数digitron_segcode_set()是在digitron_disp_scan()函数中调用的。通过修改该函数，使其在一段时间内传送缓冲区中正常显示的段码，一段时间内传送熄灭显示的段码0xFF，也能实现闪烁，详见程序清单4.20。

程序清单4.20 带闪烁功能的digitron_disp_scan()函数（1）

程序将时间分隔为500ms 的时间片，当需要闪烁时，显示250ms，熄灭250ms，每隔5ms 调用一次digitron_disp_scan()，cnt 循环计数+1。如何让秒计数器十位闪烁呢？直接将if(pos == 1)修改为if(pos == 0)。

显然，数码管的闪烁状态和显示状态可以用一个标志位来表示，即0 表示显示，1 表示闪烁，bit0 和bit1 分别表示com0 和com1 的状态。定义一个全局变量如下：

如果bit1 闪烁，则将bit1 的初始值设置为1。即：

这样一来，即可需要根据该变量的值来获取需要闪烁的位，详见程序清单4.21。显然，只要将g_blink_flag 对应的位置1 就能实现闪烁，否则将其对应位清0。

程序清单4.21 带闪烁功能的digitron_disp_scan()函数（2）

为了提高程序的可阅读性，则进一步优化两个if-else 语句，详见程序清单4.22。

程序清单4.22 带闪烁功能的digitron_disp_scan()函数（3）

由于g_blink_flag 变量定义在实现代码中，不能直接将该变量提供给用户修改，因此必须提供一个接口函数用于设定闪烁位，其相应的代码详见程序清单4.23。

程序清单4.23 digitron_disp_blink_set()函数

digitron_disp_blink_set()的pos 用于指定设置闪烁属性的数码管位置，isblink 设置闪烁属性，值为AM_TRUE 表示闪烁，AM_FALSE 表示不需要闪烁。am_bool_t 是AMetal 在am_types.h 文件中自定义的类型，该类型数据的值只可能为AM_TRUE（真）或AM_FALSE（假），设定com0 闪烁的方法如下：

设定com0 停止闪烁的方法如下：

添加digitron_disp_blink_set()的接口函数，详见程序清单4.24 所示的digitron1.h。

程序清单4.24 digitron1.h 文件内容

有了该接口函数后，实现闪烁就很容易了，程序清单4.25 实现了秒计数器个位闪烁。

程序清单4.25 实现秒计数器个位闪烁(2)

由此可见，与程序清单4.18 相比，仅增加了一行代码就实现了闪烁功能，显然接口的设计非常重要。