硬件模块---数码管基本原理与实现方法

嵌入式开发星球 2024-05-11 4031

描述

嵌入式中，数码管的使用方法。

第一：数码管基本介绍

1、单个数码管

一个数码管是由a、b、c、d、e、f、g、dp八个二极管组成，八个LED一端接在一起，另一端引脚引出来。二极管如果阳极连在一起，就是共阳极数码管，阴极连在一起，就是共阴极数码管。

如上图，是一个共阴极数码管，要使数码管显示不同的数字，只需点亮对应LED即可。如：数码管显示“0”，则a、b、c、d、e、f六个LED亮，g、dp这俩个LED灭，即可显示“0”。

2、多个数码管

上图所示的六个数码管，在使用时，需要程序选定使用哪几个数码管，这就是“位选”，选定数码管后再对选定的数码管进行操作，其操作与单个数码管的操作一致（接下来还会进一步详解），这就是“段选”。

3、数码管与芯片的连接

3.1 为什么要使用锁存器？

二极管正常工作时需要5mA以上的电流，若数码管引脚和芯片引脚直接相连，芯片的I/O口无法输出这么大的电流，对于共阴极的数码管，可以在阳极处接上拉电阻，对于共阳极的数码管，可以在阴极处接下拉电阻，但是也使得“位选”需做另外的处理。

引入锁存器，利用其输出电流大的特点，有效的解决了LED工作电流问题，而且还可以利用锁存器进行“位选”、“段选”。

3.2 锁存器的电路连接

上图所示，连接俩块锁存器，U1控制段选，U2控制位选，锁存器现再回顾一下

根据电路图，OE始终接地，所以锁存器工作状态只有前三种，当LE软件置1时，锁存器的输入端D与输出端Q同高电平，同低电平，当LE软件置0时，锁存器输出为Q0。

由电路图可得，电路连接为：

单片机的芯片引脚P00—>P07分别接U1锁存器的D0——>D7,单片机的芯片引脚P00—>P07分别接U2锁存器的D0——>D7,也就是说U1、U2俩锁存器都与P0相连，所以在数码管工作状态下，俩个锁存器不能同时处于打开状态，即俩个锁存器的LE不能同时为高电平。锁存器U1的输出接数码管的LED阳极，锁存器U2的输出接数码管的WE，控制“数码管选择”。

锁存器U2控制位选，U2打开时，U1关闭，此时U2的输入和输出同高、同低电平。如下图，若使用数码管1，则只需D0置0，其他引脚置1，即芯片P00输出为0，P01——>P07输出为1，即P0寄存器的状态值为0xfe（上面低位，从下往上读）

锁存器U1控制段选，如刚刚位选了数码管1，则接下来段选是对数码管1的操作。此时关闭U2，打开U1，即U2的LE软件置0，U1的LE软件置1，而U2的LE与芯片的P27相连，U1的LE与芯片的P26相连（下图所示），所以只需使芯片的P27输出低电平来关闭U2锁存器，P26输出高电平来打开U1锁存器。

打开U1锁存器后，使数码管显示某个数字，我们在第一节中总结过了，比如显示一个数字“6”，需要a、c、d、e、f、g六个LED亮，所以锁存器输出01111101（共阴极数码管。输出1时点亮），即P0寄存器输出01111101，P0寄存器的状态值为0x7d。

第二：数码管具体实现

第一个数码管显示数字“6”的程序如下：

#include< reg52.h >
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
void main()
{
  wela=1;
  P0=0xfe;//位选第一个数码管
  wela=0;

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

分析上面程序:

首先对连接U1、U2锁存器LE的芯片引脚P26与P27进行位操作，重命名为“dula”与“wela”，表示“段选”和“位选”。主函数里，先打开位选：wela=1，选择第一个数码管，则U2锁存器输入和输出均为11111110（从下往上），P0的输出也为11111110，即0xfe，位选结束后关闭位选：wela=0。

接下来打开段选：dula=1,对第一个数码管操作，显示数字“6”，U1锁存器输入输出均为01111101，即P0输出为01111101，即P0的状态值为0x7d。最后关闭段选。

注：

正因为锁存器U1与U2同时接在芯片的P0引脚上，所以俩个锁存器不能同时打开，否则芯片引脚P0输出的状态值会在U1和U2上同时发生响应，造成紊乱。

第三：数码管显示数字时芯片引脚的状态值

显示数字“0”，abcdef亮，状态值00111111——>0x3f

显示数字“1”，bc亮，状态值00000110——>0x06

显示数字“2”，abdeg亮，状态值01011011——>0x5b

显示数字“3”，abcdg亮，状态值01001111——>0x4f

显示数字“4”，bcfg亮，状态值01100110——>0x66

显示数字“5”，acdfg亮，状态值01101101——>0x6d

显示数字“6”，acdefg亮，状态值01111101——>0x7d

显示数字“7”，abc亮，状态值00000111——>0x07

显示数字“8”，abcdefg亮，状态值01111111——>0x7f

显示数字“9”，abcdfg亮，状态值01101111——>0x6f

显示字母“A”，abcefg亮，状态值01110111——>0x77

显示字母“B”,cdefg亮，状态值01111100——>0x7c

显示字母“C”，adef亮，状态值00111001——>0x39

显示字母“D”，bcdeg亮，状态值01011110——>0x5e

显示字母“E”,adefg亮，状态值01111001——>0x79

显示字母“F”,aefg亮，状态值01110001——>0x71

在编写程序时将上述状态值放入数组中，通过数组来实现数码管的动态显示。

放在如下数组中：

#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数组名前加了code，表示编码的意思，单片机程序把不需要更改的东西通过code关键字定义为编码，单片机执行程序时，table只占用程序存储空间，可以理解为占用flash，而不占用RAM。

第四：数码管实现动态显示

一个数码管从0到F动态显示

#include < reg52.h >
#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;num< 16;num++)
    {
      dula=1;
      P0=table[num];
      dula=0;
      delay_ms(500);  
    }
  }
}
void delay_ms(uint ms)
{
  uint i,j;
  for(i=ms;i >0;i--)
  for(j=110;j >0;j--);
}

此时第一个数码管从0变化到F，之后停止不动。

若使数码管从0到F反复变化，只需在while（）语句里添加如下代码：

  if(num==16)
    num=0;

完整程序：


#include < reg52.h >
#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;num< 16;num++)
    {
      dula=1;
      P0=table[num];
      dula=0;
      delay_ms(500);  
    }

     //------------新加
    if(num==16)
    num=0;  
  //----------------
  }
}
void delay_ms(uint ms)
{
  uint i,j;
  for(i=ms;i >0;i--)
  for(j=110;j >0;j--);
}

第五：数码管经典实例

六个数码管，第一个数码管显示数字“1”，间隔1秒后再在第二个数码管上显示数字“2”，间隔1s后在第三个数码管上显示数字“3”，以此类推…在第六个数码管上显示数字“6”

分析：

六个数码管轮流显示，所以位选时依次选择数码管1、2…6，每次位选后，再段选输出需要显示的数字。

第一个数码管位选：


  wela=1;
  P0=0xfe;//第一个数码管
  wela=0;

第一个数码管段选输出数字“1”：


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

位选时P0的输出之前已经总结过了，再回忆一下，如下图，从左到右分别为数码管1、2、3、4…从下往上读，得到8位二进制码，变为16进制即可。

完整程序：


#include < reg52.h >
#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;//第一个数码管
    wela=0;

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

    wela=1;
    P0=0xfd;//第二个数码管
    wela=0;

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

    wela=1;
    P0=0xfb;//第三个数码管
    wela=0;

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

    wela=1;
    P0=0xf7;//第四个数码管
    wela=0;

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

    wela=1;
    P0=0xef;//第五个数码管
    wela=0;

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

    wela=1;
    P0=0xdf;//第六个数码管
    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--);
}

总结：数码管是常用器件，掌握其中的控制方法，才能走的更远。

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