数码管的基本构造、显示原理及驱动方式

一． 什么是数码管

LED数码管（LED Segment Displays）是由8个发光二极管构成，并按照一定的图形及排列封装在一起的显示器件。 其中7个LED构成7笔字形，1个LED构成小数点（也被称为为八段数码管）。

常用的数码管位数有1，2，3，4，5，6，8，10位等等，颜色有红，绿，蓝，黄等几种。 了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。

二． 数码管基本构造

LED数码管有两大类，一类是共阴极接法，另一类是共阳极接法，共阴极就是8段的显示字码共用一个电源的负极，是高电平点亮，共阳极就是7段的显示字码共用一个电源的正极，是低电平点亮。 只要控制其中各段LED的亮灭即可显示相应的数字、字母或符号。

共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已，共阴为所有的LED负极接在一起，共阳为为所有的LED正极接在一起。 如下图为1位数码管的共阴极和共阳极原理图：

三、数码管显示原理

要是数码管显示数字，有两个条件：1.是要在VT端加合适的电源(一般每颗LED还需串上合适的电阻，起限流作用)； 2.要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低电平或“0”电平。 这样才能显示的。

例如下图的共阴极数码管，须在VT端接上地端，（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接到单片机的引脚上； 如果要使其中一个LED亮时，对应的单片机引脚输出高电平，即可点亮LED灯。

共阴极LED数码管的内部结构原理图

能够点亮数码管后，就可以通过单片机控制数码管显示数字或字母。 为了控制方便，我们将数码管的a~dp引脚依次连接单片机的P10-P17引脚，如图：

我们对数码管所要显示的每个数字和字母进行编码，然后在编程时，将编码放在一个数组上，需要显示什么数字或者字母，从数组里面提取相应的编码就可显示所要显示的字符了。

如图，要显示数字“5”时，编码为0x6D。 如果数码管为共阳极，只需要对共阴极的编码做一个取反操作即可。

四． 数码管驱动方式

根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

1.静态驱动方式

led静态显示时，其公共端接地（共阴极）或接电源（共阳极），各段选线分别与I/O口接线相连。 要显示字符，直接在I/O线发送相应的字段码。

优点： 静态显示结构简单，显示方便，要显示某个字符直接在IO线上发送相应的字段码

缺点： 一根数码管需要8根IO线，数码管比较多时候，非常占用IO线。

2.动态驱动方式

动态驱动方式是将所有的数码管的段选线并接在一起，用一个IO接口控制，公共端并不是直接接地（共阴极）或者电源（共阳极），而是通过相应的IO接口控制。

以共阳极为例假设4个数码管工作过程为，如图：

四位数码管动态驱动方式连接图

1. 每个数码管的公共端与单片机的一个IO相连，第一步使最右边一个数码管的公共端为1(P21)，其余数码管公共端为0，同时在（a,b,c,d,e,f,g,dp)P0端上发送右边第一个数码管的字段码，这时候只有右边的第一个数码管显示，其余不显示；
2. 第二步使右边第二个数码管的公共端(P23)为1，其余的公共端为0，同时在（a,b,c,d,e,f,g,dp)P0端上发送右边第二个数码管的字段码，这时候，只有右边第二个数码管显示，其余不显示；
3. 以此类推，直到最后一个，这样子4个数码管轮流显示相应的信息，一遍显示完毕，隔一段时间，又这样循环显示。

从计算机角度，每个数码管隔一段时间才显示一次，但是由于人的视觉暂留效应，只要隔离时间足够短，循环的周期足够长，美妙达到24次以上，看起来数码管就一直稳定显示了，这就是动态显示原理。

五. 八位数码管动态驱动例程

以八位共阴极数码管，动态驱动的方式为例：

#include<reg51.h>




//--定义使用的IO口--//
#define GPIO_DIG   P0  //段选
#define GPIO_PLACE P1  //位选




//--定义全局变量--//
unsigned char code DIG_PLACE[8] = {
0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//位选控制   查表的方法控制
unsigned char code DIG_CODE[17] = {
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
//0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F的显示码
unsigned char DisplayData[8];
//用来存放要显示的8位数的值




//--声明全局函数--//
void DigDisplay(); //动态显示函数
/*******************************************************************************
* 函 数 名         : main
* 函数功能       : 主函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void main(void)
{
  unsigned char i;




  for(i=0; i<8; i++)
  {
    DisplayData[i] = DIG_CODE[i];  
  }
  while(1)
  {
    DigDisplay();
  }        
}




/*******************************************************************************
* 函 数 名         : DigDisplay
* 函数功能       : 使用数码管显示
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void DigDisplay()
{
  unsigned char i;
  unsigned int j;




  for(i=0; i<8; i++)
  {
    GPIO_PLACE = DIG_PLACE[i];   //发送位选
    GPIO_DIG = DisplayData[i];     //发送段码
    j = 10;             //扫描间隔时间设定
    while(j--);  
    GPIO_DIG = 0x00;//消隐
  }