普中51单片机：数码管显示原理与实现详解（四）

引言

数码管（Seven-Segment Display）是一种常见的显示设备，广泛应用于电子时钟、计算器、家电和其他数字设备中。数码管由七个独立的LED段组成，排列成一个类似数字“8”的形状。通过控制这些LED段的开关状态，可以显示0到9的数字及一些字母和符号。同时也称为LED数码管。

数码管的结构

一个标准的七段数码管包括七个LED段，每个段用一个字母表示，从A到G。另外，有些数码管还包括一个小数点（DP），被称为八段数码管，用于显示小数或分隔不同的数字。

						  --A--			  --A--|     |		 |     |F     B		 F     B|     |		 |     |--G--			  --G--|     |		 |     |E     C		 E     C|     |		 |     |--D--			  --D-- • DP

数码管的工作原理

数码管的每个段实际上是一个独立的LED，通过控制各个LED的通断状态，可以组合成不同的字符。数码管通常有两种连接方式：共阳极和共阴极。

1. 共阳极数码管：所有的LED阳极（正极）连接在一起，通常接到电源正极。点亮某个段时，需将相应的段的阴极（负极）接地 GND。
2. 共阴极数码管：所有的LED阴极（负极）连接在一起，通常接地。点亮某个段时，需将相应的段的阳极（正极）接电源正极。

静态数码管

静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持直到送入新字形码为止。

电路图

从资料中提供的电路图可知，此开发板静态数码管使用的是共阳极数码管，如果使用共阴数码管，为了不影响其他IO口的电流，要增加IO口的驱动电路，单片机主要是用来控制的，如果要驱动一些外部的设备，通常会使用专门的驱动电路，比如74HC245芯片，74HC573芯片。

开发板IO连接图

代码演示

控制静态数码管显示数字0，即让P0口端口输出数字0的段码0x3F（共阴，共阳极取反即可）,其他数字可根据连接方式自行计算。

#include <REGX52.H>#define SMG_STATIC P0void main()
{SMG_STATIC = ~0x3f;while(1){}
}

---

动态数码管

动态数码管显示，也称为动态扫描显示，是通过快速轮流点亮各个位数码管来实现的。利用人眼的视觉暂留效应，使人感觉所有数码管同时显示不同的数字。

实现步骤

1. 段选和位选：将所有位数码管的段选线并联在一起，通过位选控制哪一位数码管有效。
2. 轮流显示：轮流向各个位数码管送出字型码和相应的位选信号。由于切换速度很快，人眼无法分辨出切换过程，从而感觉所有数码管同时显示。
3. 消影处理：在切换位选信号之前，先将段选信号清零，防止残影现象。

数码管驱动方式

1. 单片机直接扫描：硬件设备简单，但会消耗大量的单片机CPU时间。
2. 专用驱动芯片：内部自带显存、扫描电路，单片机只需告诉它显示什么即可。如：TM1640芯片、74HC595

电路图

由电路图可知，该开发板的动态数码管是由两个4位一体数码管组成的，一共八个数码管，它们的公共端单独引出来，位选段全部并联在一起，动态进行显示，采用的是共阴极。

八个公共端同一个时刻，只有一个数码管可以点亮，因为位选段是并联在一起的，所以即使有多个公共端同一个时刻被点亮，数码管显示的数据也是相同的。可以利用人眼视觉暂留和余晖效应进行延时操作即可！

动态数码管要搭配74H138模块和74H245

• 74H138：一种常用的 3 线到 8 线译码器芯片，主要用于地址解码、数据路由和逻辑控制。它可以将输入的三位二进制代码转换成八位的输出，常用于单片机系统中进行 I/O 扩展。即三个输入端操作8个输出端，具体操作方法可查看真值表。
  

  • 输入端：A0、A1、A2 为三位二进制加权地址输入端口。
  • 输出端：Y0 至 Y7 为八个输出端口。
  • 使能端：E1 和 E2 为低有效，E3 为高有效。只有当 E1 和 E2 置低且 E3 置高时（默认），芯片才会工作

• 74H245：一种常用的双向总线缓冲器芯片，防止信号干扰。可以将高电平信号转换为低电平信号，或将低电平信号转换为高电平信号，确保不同电平逻辑设备之间的兼容性。它能够隔离不同总线之间的电平差异和噪声干扰，确保数据的可靠传输。

开发板IO连接图

74H138的A0（A）与P22相连；A1（B）与P23相连；A2（C）与P24相连（真值表）

真值表

L表示0（低电平），H表示1（高电平）

代码演示1

根据真值表操作第五个LED数码管，显示数字6，Init_Port()函数用于操作操作真值表，为了方便对比，这里保留了静态数码管的代码。

#include <REGX52.H>#define SMG_STATIC P0void Init_Port()
{P2_2 = 0;P2_3 = 0;P2_4 = 1;
}void main()
{Init_Port();//显示LED数码管5SMG_STATIC = ~0x7d;P1 = 0x7d;while(1){}
}

代码演示2

动态数码管延时循环显示数字6，如果需要循环显示数字1到数字8，定义数组即可。

#include <REGX52.H>#define SMG_STATIC P0void DelayXms(unsigned int xms)	//@12.000MHz
{unsigned char data i, j;while(xms){i = 2;j = 239;do{while (--j);} while (--i);xms--;}
}void Init_Port(unsigned char Location)
{switch(Location){case 1:P2_2 = 0;P2_3 = 0;P2_4 = 0;break;case 2:P2_2 = 1;P2_3 = 0;P2_4 = 0;break;case 3:P2_2 = 0;P2_3 = 1;P2_4 = 0;break;case 4:P2_2 = 1;P2_3 = 1;P2_4 = 0;break;case 5:P2_2 = 0;P2_3 = 0;P2_4 = 1;break;case 6:P2_2 = 1;P2_3 = 0;P2_4 = 1;break;case 7:P2_2 = 0;P2_3 = 1;P2_4 = 1;break;case 8:P2_2 = 1;P2_3 = 1;P2_4 = 1;break;}
}void main()
{unsigned char i;SMG_STATIC = ~0x7d;while(1){for(i = 1; i <= 8;i++){Init_Port(i);P1 = 0x7d;DelayXms(1000);}}
}

代码演示3

利用余晖效应，动态持续的显示数字1到8，P1 = 0x00; 这一行用于消影。消影的作用是防止数码管显示的残影现象。具体来说，当你在多位数码管上显示不同的数字时，如果不及时清除前一个数字的显示，可能会出现残影，即前一个数字的部分段码仍然亮着，影响当前数字的显示效果。通过在每次显示完一个数字后，将 P1 置为 0x00，可以确保所有段码都熄灭，从而避免残影现象，确保每次显示的数字都是清晰且正确的。

#include <REGX52.H>#define SMG_STATIC P0//共阴极数码管显示 0~F 的段码数据
unsigned char gsmg_code[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};void DelayXms(unsigned int xms)	//@12.000MHz
{unsigned char data i, j;while(xms){i = 2;j = 239;do{while (--j);} while (--i);xms--;}
}void Init_Port(unsigned char Location)
{switch(Location){case 1:P2_2 = 0;P2_3 = 0;P2_4 = 0;break;case 2:P2_2 = 1;P2_3 = 0;P2_4 = 0;break;case 3:P2_2 = 0;P2_3 = 1;P2_4 = 0;break;case 4:P2_2 = 1;P2_3 = 1;P2_4 = 0;break;case 5:P2_2 = 0;P2_3 = 0;P2_4 = 1;break;case 6:P2_2 = 1;P2_3 = 0;P2_4 = 1;break;case 7:P2_2 = 0;P2_3 = 1;P2_4 = 1;break;case 8:P2_2 = 1;P2_3 = 1;P2_4 = 1;break;}
}void main()
{unsigned char i;SMG_STATIC = ~0x7d;while(1){for(i = 1; i <= 8;i++){Init_Port(i);P1 = gsmg_code[i];DelayXms(1);P1 = 0x00;//消影}}
}