基于单片机的数码管电路设计

前面一课通过流水灯实验，学会了流水灯电路模型设计，掌握了循环移位和时间延迟算法的程序编写。本次实验完成数码管显示电路模型设计和编程，在实验过程中，学习数码管显示电路设计、数码管循环显示数字的算法。

认识数码管

数码管是半导体发光器件，用于显示数字、字母、简单图形符号等内容。数码管基本单元是发光二极管，数码管内部由多个发光二极管管构成，多个发光二极管在同一时间的不同状态，组合为不同的数字、字母或图形符号。

数码管型号多样，有单位数码管、双位数码管、四位数码管、八位数码管等等，单位数码管仅能显示一个数字、字母或图形符号，多位数码管可以显示多个数字、字母或图形符号。实际上，多位数码管都可以由单位数码管构成，例如4个单位数码管可以构成四位数码管。

不管将几位数码管连在一起，数码管的显示原理都是一样的，都是靠点亮内部的发光二极管来发光，下面我们来看看单位数码管是如何显示数字的。

单位数码管一般由7个发光二极管组成，有共阴，共阳两种，八个引脚，七个引脚接7个发光二极管，一个引脚是公共端，若共阴，该引脚接地，若共阳，该引脚接电源的正极。

单位数码管内部基础电路如上图所示，显示一个数字需要7个小段，每个小段需要一个发光二极管，因此数码管的引脚至少为8个，其中7个引脚分别接二极管的正极或负极，另外1个引脚为公共端，若数码管为共阴极，该引脚接地，若数码管为共阳极，该引脚接电源。

对于共阳极数码管来说，7个发光二极管的正极连接在一起形成公共端，该公共端接电源，负极分别接单片机的I/O端口，当我们给数码管任一个阴极低电平时，对应的这个发光二极管就点亮了。例如：若需要数码管显示数字0，g引脚送低电平，其它引脚送高电平，这样数码管就显示数字0了；若需要数码管显示数字8，将所有引脚（公共端除外）送入低电平，数码管就显示数字8了。因此，若需要数码管显示数字，只需要给发光二极管引脚送入低电平或高电平就可以了。

数码管电路设计

本次实验设计要求通过单片机P0口控制数码管循环显示数字0 ~ 9，实验需要用到单位数码管器件。在“Pick Devices”对话框搜索关键词“7SEG”，选择“7SEG-MPX1-CA”型号的数码管，该数码管是7段共阳极数码管，可以显示数字0~9和小数点，它有9个引脚，8个引脚用于连接P0口的8位端口，1个引脚为公共端，连接电源的正极。

数码管内部发光二极管点亮时，大约需要几个毫安以上的电流，而且电流不可过大，电流过大可能会烧毁发光二极管，因此需要在P0端口和数码管引脚之间接入限流电阻，限流电阻值不能太大，也不能大小。限流电阻的阻值计算过程如下：一个发光二极管的额定电压一般是1.5~2.5V，电阻不大于50欧姆，电流约为0.04A，单片机引入的电源电压为5V，限流电阻的阻值约为R=U/I=5/0.04=125欧姆。计算值仅是个近似值，可以选择100~500欧姆以内的阻值。

电路设计如下图所示：

数码管编程

让数码管循环显示数字0 ~ 9，需要对数字0~9进行编码，对应数字的编码值用于控制P0各端口的电平输出，从而控制数码管内部各发光二极管的状态，显示出编码对应的数字。

“7SEG-MPX1-CA”型号的数码管数字0~9的编码为：

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

0xC0为数字0的编码，其二进制数为11000000，该值送入单片机P0口，P0口的第7、6端口为高电平，5、4、3、2、1、0端口为低电平，与5、4、3、2、1、0端口连接的发光二极管被点亮，与7、6端口连接的发光二极管为熄灭状态，其中端口7位小数点，端口6位g段，显示数字0。

0xF9为数字1的编码，其二进制数为11111001，该值送入单片机P0口，P0口的7、6、5、4、3、0端口为高电平，与其连接的发光二极管为熄灭状态，P0口的2、1端口为低电平，与其连接的发光二极管被点亮，即b、c段点亮，显示数字1。

同学们可以自行分析2~9数字的编码。C程序代码如下：

#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[]为数字0~9编码数组，delay()为时间延迟函数，在main()函数内部，使用while循环让程序持续执行，在while循环内部，使用for循环遍历led[]数组，获取每个数字的编码，并将编码赋值给P0。

实验小结

通过这次实验，了解了数码管显示数字和字符的原理，学会了数码管显示电路设计，掌握了数码管显示控制编程技术。