基于單片機的數碼管電路設計

前面一課通過流水燈實驗，學會了流水燈電路模型設計，掌握了循環移位和時間延遲算法的程序編寫。本次實驗完成數碼管顯示電路模型設計和編程，在實驗過程中，學習數碼管顯示電路設計、數碼管循環顯示數字的算法。

認識數碼管

數碼管是半導體發光器件，用于顯示數字、字母、簡單圖形符號等內容。數碼管基本單元是發光二極管，數碼管內部由多個發光二極管管構成，多個發光二極管在同一時間的不同狀態，組合為不同的數字、字母或圖形符號。

數碼管型號多樣，有單位數碼管、雙位數碼管、四位數碼管、八位數碼管等等，單位數碼管僅能顯示一個數字、字母或圖形符號，多位數碼管可以顯示多個數字、字母或圖形符號。實際上，多位數碼管都可以由單位數碼管構成，例如4個單位數碼管可以構成四位數碼管。

不管將幾位數碼管連在一起，數碼管的顯示原理都是一樣的，都是靠點亮內部的發光二極管來發光，下面我們來看看單位數碼管是如何顯示數字的。

單位數碼管一般由7個發光二極管組成，有共陰，共陽兩種，八個引腳，七個引腳接7個發光二極管，一個引腳是公共端，若共陰，該引腳接地，若共陽，該引腳接電源的正極。

單位數碼管內部基礎電路如上圖所示，顯示一個數字需要7個小段，每個小段需要一個發光二極管，因此數碼管的引腳至少為8個，其中7個引腳分別接二極管的正極或負極，另外1個引腳為公共端，若數碼管為共陰極，該引腳接地，若數碼管為共陽極，該引腳接電源。

對于共陽極數碼管來說，7個發光二極管的正極連接在一起形成公共端，該公共端接電源，負極分別接單片機的I/O端口，當我們給數碼管任一個陰極低電平時，對應的這個發光二極管就點亮了。例如：若需要數碼管顯示數字0，g引腳送低電平，其它引腳送高電平，這樣數碼管就顯示數字0了；若需要數碼管顯示數字8，將所有引腳（公共端除外）送入低電平，數碼管就顯示數字8了。因此，若需要數碼管顯示數字，只需要給發光二極管引腳送入低電平或高電平就可以了。

數碼管電路設計

本次實驗設計要求通過單片機P0口控制數碼管循環顯示數字0 ~ 9，實驗需要用到單位數碼管器件。在“Pick Devices”對話框搜索關鍵詞“7SEG”，選擇“7SEG-MPX1-CA”型號的數碼管，該數碼管是7段共陽極數碼管，可以顯示數字0~9和小數點，它有9個引腳，8個引腳用于連接P0口的8位端口，1個引腳為公共端，連接電源的正極。

數碼管內部發光二極管點亮時，大約需要幾個毫安以上的電流，而且電流不可過大，電流過大可能會燒毀發光二極管，因此需要在P0端口和數碼管引腳之間接入限流電阻，限流電阻值不能太大，也不能大小。限流電阻的阻值計算過程如下：一個發光二極管的額定電壓一般是1.5~2.5V，電阻不大于50歐姆，電流約為0.04A，單片機引入的電源電壓為5V，限流電阻的阻值約為R=U/I=5/0.04=125歐姆。計算值僅是個近似值，可以選擇100~500歐姆以內的阻值。

電路設計如下圖所示：

數碼管編程

讓數碼管循環顯示數字0 ~ 9，需要對數字0~9進行編碼，對應數字的編碼值用于控制P0各端口的電平輸出，從而控制數碼管內部各發光二極管的狀態，顯示出編碼對應的數字。

“7SEG-MPX1-CA”型號的數碼管數字0~9的編碼為：

unsigned char led[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};

0xC0為數字0的編碼，其二進制數為11000000，該值送入單片機P0口，P0口的第7、6端口為高電平，5、4、3、2、1、0端口為低電平，與5、4、3、2、1、0端口連接的發光二極管被點亮，與7、6端口連接的發光二極管為熄滅狀態，其中端口7位小數點，端口6位g段，顯示數字0。

0xF9為數字1的編碼，其二進制數為11111001，該值送入單片機P0口，P0口的7、6、5、4、3、0端口為高電平，與其連接的發光二極管為熄滅狀態，P0口的2、1端口為低電平，與其連接的發光二極管被點亮，即b、c段點亮，顯示數字1。

同學們可以自行分析2~9數字的編碼。C程序代碼如下：

#include < reg51.h >
#include < stdio.h >
unsigned char led[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
void delay(unsigned int millisecond)
{
       unsigned int i,j;
       for(i=millisecond;i >0;i--)
              for(j=120;j >0;j--);
}
void main(void)
{
    unsigned int i;
while(1)
        {
               for(i=0;i< 10;i++)
               {
                            P0 = led[i];
                            delay(500);
               }
        }
 }

led[]為數字0~9編碼數組，delay()為時間延遲函數，在main()函數內部，使用while循環讓程序持續執行，在while循環內部，使用for循環遍歷led[]數組，獲取每個數字的編碼，并將編碼賦值給P0。

實驗小結

通過這次實驗，了解了數碼管顯示數字和字符的原理，學會了數碼管顯示電路設計，掌握了數碼管顯示控制編程技術。