硬件模塊---數碼管基本原理與實現方法

嵌入式中，數碼管的使用方法。

第一：數碼管基本介紹

1、單個數碼管

一個數碼管是由a、b、c、d、e、f、g、dp八個二極管組成，八個LED一端接在一起，另一端引腳引出來。二極管如果陽極連在一起，就是共陽極數碼管，陰極連在一起，就是共陰極數碼管。

如上圖，是一個共陰極數碼管，要使數碼管顯示不同的數字，只需點亮對應LED即可。如：數碼管顯示“0”，則a、b、c、d、e、f六個LED亮，g、dp這倆個LED滅，即可顯示“0”。

2、多個數碼管

上圖所示的六個數碼管，在使用時，需要程序選定使用哪幾個數碼管，這就是“位選”，選定數碼管后再對選定的數碼管進行操作，其操作與單個數碼管的操作一致（接下來還會進一步詳解），這就是“段選”。

3、數碼管與芯片的連接

3.1 為什么要使用鎖存器？

二極管正常工作時需要5mA以上的電流，若數碼管引腳和芯片引腳直接相連，芯片的I/O口無法輸出這么大的電流，對于共陰極的數碼管，可以在陽極處接上拉電阻，對于共陽極的數碼管，可以在陰極處接下拉電阻，但是也使得“位選”需做另外的處理。

引入鎖存器，利用其輸出電流大的特點，有效的解決了LED工作電流問題，而且還可以利用鎖存器進行“位選”、“段選”。

3.2 鎖存器的電路連接

上圖所示，連接倆塊鎖存器，U1控制段選，U2控制位選，鎖存器現再回顧一下

根據電路圖，OE始終接地，所以鎖存器工作狀態只有前三種，當LE軟件置1時，鎖存器的輸入端D與輸出端Q同高電平，同低電平，當LE軟件置0時，鎖存器輸出為Q0。

由電路圖可得，電路連接為：

單片機的芯片引腳P00—>P07分別接U1鎖存器的D0——>D7,單片機的芯片引腳P00—>P07分別接U2鎖存器的D0——>D7,也就是說U1、U2倆鎖存器都與P0相連，所以在數碼管工作狀態下，倆個鎖存器不能同時處于打開狀態，即倆個鎖存器的LE不能同時為高電平。鎖存器U1的輸出接數碼管的LED陽極，鎖存器U2的輸出接數碼管的WE，控制“數碼管選擇”。

鎖存器U2控制位選，U2打開時，U1關閉，此時U2的輸入和輸出同高、同低電平。如下圖，若使用數碼管1，則只需D0置0，其他引腳置1，即芯片P00輸出為0，P01——>P07輸出為1，即P0寄存器的狀態值為0xfe（上面低位，從下往上讀）

鎖存器U1控制段選，如剛剛位選了數碼管1，則接下來段選是對數碼管1的操作。此時關閉U2，打開U1，即U2的LE軟件置0，U1的LE軟件置1，而U2的LE與芯片的P27相連，U1的LE與芯片的P26相連（下圖所示），所以只需使芯片的P27輸出低電平來關閉U2鎖存器，P26輸出高電平來打開U1鎖存器。

打開U1鎖存器后，使數碼管顯示某個數字，我們在第一節中總結過了，比如顯示一個數字“6”，需要a、c、d、e、f、g六個LED亮，所以鎖存器輸出01111101（共陰極數碼管。輸出1時點亮），即P0寄存器輸出01111101，P0寄存器的狀態值為0x7d。

第二：數碼管具體實現

第一個數碼管顯示數字“6”的程序如下：

#include
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
void main()
{
  wela=1;
  P0=0xfe;//位選第一個數碼管
  wela=0;

  dula=1;
  P0=0x7d;
  dula=0;
  while(1);
}

分析上面程序:

首先對連接U1、U2鎖存器LE的芯片引腳P26與P27進行位操作，重命名為“dula”與“wela”，表示“段選”和“位選”。主函數里，先打開位選：wela=1，選擇第一個數碼管，則U2鎖存器輸入和輸出均為11111110（從下往上），P0的輸出也為11111110，即0xfe，位選結束后關閉位選：wela=0。

接下來打開段選：dula=1,對第一個數碼管操作，顯示數字“6”，U1鎖存器輸入輸出均為01111101，即P0輸出為01111101，即P0的狀態值為0x7d。最后關閉段選。

注：

正因為鎖存器U1與U2同時接在芯片的P0引腳上，所以倆個鎖存器不能同時打開，否則芯片引腳P0輸出的狀態值會在U1和U2上同時發生響應，造成紊亂。

第三：數碼管顯示數字時芯片引腳的狀態值

顯示數字“0”，abcdef亮，狀態值00111111——>0x3f

顯示數字“1”，bc亮，狀態值00000110——>0x06

顯示數字“2”，abdeg亮，狀態值01011011——>0x5b

顯示數字“3”，abcdg亮，狀態值01001111——>0x4f

顯示數字“4”，bcfg亮，狀態值01100110——>0x66

顯示數字“5”，acdfg亮，狀態值01101101——>0x6d

顯示數字“6”，acdefg亮，狀態值01111101——>0x7d

顯示數字“7”，abc亮，狀態值00000111——>0x07

顯示數字“8”，abcdefg亮，狀態值01111111——>0x7f

顯示數字“9”，abcdfg亮，狀態值01101111——>0x6f

顯示字母“A”，abcefg亮，狀態值01110111——>0x77

顯示字母“B”,cdefg亮，狀態值01111100——>0x7c

顯示字母“C”，adef亮，狀態值00111001——>0x39

顯示字母“D”，bcdeg亮，狀態值01011110——>0x5e

顯示字母“E”,adefg亮，狀態值01111001——>0x79

顯示字母“F”,aefg亮，狀態值01110001——>0x71

在編寫程序時將上述狀態值放入數組中，通過數組來實現數碼管的動態顯示。

放在如下數組中：

#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
}

在table數組名前加了code，表示編碼的意思，單片機程序把不需要更改的東西通過code關鍵字定義為編碼，單片機執行程序時，table只占用程序存儲空間，可以理解為占用flash，而不占用RAM。

第四：數碼管實現動態顯示

一個數碼管從0到F動態顯示

#include 
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
};
uchar num;
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
void delay_ms(uint );
void main()
{
  wela=1;
  P0=0xfe;
  wela=0;

  while(1)
  {  
    for(num=0;num0;i--)
  for(j=110;j>0;j--);
}

此時第一個數碼管從0變化到F，之后停止不動。

若使數碼管從0到F反復變化，只需在while（）語句里添加如下代碼：

  if(num==16)
    num=0; 

完整程序：

#include 
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
};
uchar num;
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
void delay_ms(uint );
void main()
{
  wela=1;
  P0=0xfe;
  wela=0;

  while(1)
  {  
    for(num=0;num0;i--)
  for(j=110;j>0;j--);
}

第五：數碼管經典實例

六個數碼管，第一個數碼管顯示數字“1”，間隔1秒后再在第二個數碼管上顯示數字“2”，間隔1s后在第三個數碼管上顯示數字“3”，以此類推…在第六個數碼管上顯示數字“6”

分析：

六個數碼管輪流顯示，所以位選時依次選擇數碼管1、2…6，每次位選后，再段選輸出需要顯示的數字。

第一個數碼管位選：

  wela=1;
  P0=0xfe;//第一個數碼管
  wela=0;

第一個數碼管段選輸出數字“1”：

  dula=1;
  P0=table[1];
  dula=0;
  delay_ms(1000);

位選時P0的輸出之前已經總結過了，再回憶一下，如下圖，從左到右分別為數碼管1、2、3、4…從下往上讀，得到8位二進制碼，變為16進制即可。

完整程序：

#include 
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
};
uchar num;
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
void delay_ms(uint );
void main()
{
  while(1)
  {
    wela=1;
    P0=0xfe;//第一個數碼管
    wela=0;

    dula=1;
    P0=table[1];
    dula=0;
    delay_ms(1000);

    wela=1;
    P0=0xfd;//第二個數碼管
    wela=0;

    dula=1;
    P0=table[2];
    dula=0;
    delay_ms(1000);

    wela=1;
    P0=0xfb;//第三個數碼管
    wela=0;

    dula=1;
    P0=table[3];
    dula=0;
    delay_ms(1000);

    wela=1;
    P0=0xf7;//第四個數碼管
    wela=0;

    dula=1;
    P0=table[4];
    dula=0;
    delay_ms(1000);

    wela=1;
    P0=0xef;//第五個數碼管
    wela=0;

    dula=1;
    P0=table[5];
    dula=0;
    delay_ms(1000);

    wela=1;
    P0=0xdf;//第六個數碼管
    wela=0;

    dula=1;
    P0=table[6];
    dula=0;
    delay_ms(1000);
  }
}

void delay_ms(uint ms)
{
  uint i,j;
  for(i=ms;i>0;i--)
  for(j=110;j>0;j--);
}

總結：數碼管是常用器件，掌握其中的控制方法，才能走的更遠。