51单片机应用开发---数码管的控制应用

实现目标

1、掌握数码管结构、驱动原理；

2、

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一、什么是数码管？

1.数码管定义

数码管，也称为LED数码管，基本单元是发光二极管(LED)。分为七段数码管和八段数码管(多一个小数点DP)。数码管在我们生活中无处不在，比如家用电磁炉、洗衣机、冰箱等显示应用，还有电子表的时间显示，都使用了数码管的相应原理。

          

1.1 数码管的引脚定义：

数码管的笔端：

上图为一个数码管的笔端图，笔端分为A、B、C、D、E、F、G、DP 8段，也就是由8个LED组成的，点亮前7段既可点亮一个数字，DP一般用于表示小数点。

2.数码管分类

数码管按其个数可分为单个数码管、多个数码管；按其公共极连接情况可分为共阴极和共阳极数码管。

2.1  数码管按连接个数分

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。

多个数码管

               

上图所示的是四个数码管，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”。

2.2数码管公共极按照连接情况分

共阳数码管：所有LED的阳极连接到一起形成一个公共阳极接VCC，单片机需要控制某段LED的阴极为低电平时，相应LED就会点亮

共阴数码管：所有LED的阴极连接到一起形成一个公共阴极接GND，单片机需要控制某段LED的阳极为高电平，相应LED会点亮。注：单片机上IO口的电压不足以驱动数码管的LED，因此共阴数码管的阳极一般并不直接连到单片机的IO上，而是中间再接一个电源。

3.数码管显示原理

下面为共阳数码管显示的字符码推导：

如上图，是一个共阳极数码管，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”。

二、数码管驱动方式

3.1 静态驱动显示

静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。

（1）优势：是驱动简单直接，好编程
（2）缺陷：每一个数码管需要1个端口，单片机的端口不够用

3.2 动态驱动显示

动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

（1）优势：IO占用少
（2）缺陷：显示亮度不够，编程相对复杂

首先了解一些必要知识
1、多位数码管是扫描显示，也就是同一时刻只有一个数码管显示
2、视觉暂留效果：第一个数码管显示完，第二个数码管接着显示，接着后面数码管一次显示，当显示（扫描）足够快的时候，人眼是看不到闪烁的，就认为多个数码管是同时显示的
3、多位数码管只能同时显示多个一样的数字，要显示不同数字需要扫描显示

当数码管的扫描频率大于50hz的时候人眼是基本分不清的，也就是你的扫描8个数码管的周期控制在20ms内就可以实现动态显示不闪烁。

三、开发板上数码管驱动芯片

数码管的驱动还需要两个芯片，一个是 74HC138译码器，另一个是74HC245双向数据缓冲器。

3.1  74HC138译码器

4HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。

 

3.2  74HC245双向数据缓冲器

74HC245兼容TTL器件引脚的高速CMOS总线收发器(bustransceiver)，典型的CMOS型三态缓冲门电路，八路信号收发器。由于单片机或CPU的数据/地址/控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。主要应用于大屏显示，以及其它的消费类电子产品中增加驱动。

管脚定义
74HC245的引脚包括输出使能（OE），方向控制（DIR），A组输入/输出（A0-A7），B组输入/输出（B0-B7），电源（VDD）和地（GND）。
 

管脚说明
下表是74HC245所有管脚的功能说明

 74HC245真值表

真值表是在逻辑中使用的一类数学表，用来确定一个表达式是否为真或有效。
H代表高电平，L代表低电平，X代表随机电平（可高可低）

四、程序设计

五、实验效果

六、仿真实现

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总结