51单片机之外设——玩转数码管

这篇博文，将对数码管进行介绍和驱动，与之所关联的芯片，亦是前面所讲的74HC138译码器、74HC02或非门、74HC573锁存器，所用的 I/O 口，依然是11个——P2.5P.6P2.7以及P0~P7。

首先，什么是数码管？

数码管是由多个发光二极管封装在一起，而组成的“8”字型元器件。一般开发板上所用到的是四位共阳极（或者共阴极）的数码管，也就是说，是将数码管四个四个的连在一起，并将引脚引出。下面附上四位一体的数码管以及单个数码管的原理图：

其实物图如下所示：

可见，四位一体的数码管，只是将四个数码管封装在一起，同时将所有数码管的段选引脚一起引出，位选引脚仍然单独引出而已（什么是段选？位选？接下来会介绍）。

上面说到了共阳极，那自然会有共阴极吧？是的！那什么是共阳极和共阴极呢？让我们看看他们的内部原理图就一目了然了！

其中a,b,c,d,e,f,g,dp即为数码管中每个 LED 灯（共8个），COM口是位选端。单个数码管（一位数码管）的COM口有两个（可以起到分流以及让引脚分布均匀的作用，因为元器件的引脚分布多为偶数个）。

再来看下，数码管显示的工作状态：静态数码管和动态数码管。

静态数码管：当多位数码管连接在一起时，它们的“位选”是可单独控制的，但是他们的“段选”都是连接在一起的（比如说，我们控制四位数码管的“a”灯亮，假如我们位选是选择了四位，那么四个数码管的“a”灯都会亮）。所以当我们将所有的位选一起控制时的数码管显示的模式即为“静态数码管”，此时所有的数码管显示的值都相同。

动态数码管：数码管工作时，让数码管显示出来的数值不尽相同（意思就是，我们不把所有数码管的位选一起控制）。但是这里我们会想到，明明段选是在一起的，为什么会显示的不一样呢？这里我们利用数码管的余晖效果以及人眼视觉的暂时停留现象，使人们感觉各位数码管同时再显示。而实际上，我们每次单独对一位数码管操作，再给出段选，本质上是一位一位轮流显示的，只是速度十分快，我们看不出来而已。当然，假如时不时控制位选和段选，就会造成一起不清晰的现象——这样就是我们所说的“鬼影”。所以我们在使用数码管工作时，时常要注意的操作就是“消影”。意思是每次操作完一个数码管的位选和整个数码管的段选后，操作所有的数码管进行短暂的“熄灭”。这里在后面的代码会有有分析。

下面看一下，开发板上对应的数码管的原理图（所用的是共阳极数码管）：

可见，我们仍是通过138和或非门，锁存器进行控制。其中箭头所指的是网络标号的连接处，锁存器输出端的“abcdefgdp”并不是直接连接数码管的段选的“abcdefgdp”。

下面，将数码管动态显示的部分代码给出：（P2口控制数码管位选和段选的选择，P0口负责往数码管送相应的位选和段选码）

#define unsigned char

//数码管的段码：0   1     2    3    4    5    6    7    8    9   消影

uchar tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff}; //用一个数组，存好数码管的十六进制段选编码

uchar dspbuf[]={10,10,10,10,10,10,10,10};   //

uchar dspcom = 0;

void display()

{

    P2 = (P2 & 0x1f)|0xE0;          //通过138，或非门，打开Y7C所在的锁存器，操作数码管的段选

    P0 = 0xff;                      //通过P0口给数码管送段码0xff，让数码管熄灭，也就是“消影”操作

    P2 &= 0x1f;                     //关闭段选锁存器

    P2 = (P2 & 0x1f)|0xC0;          //打开Y6C所在锁存器，操作数码管位选

    P0 = (1 << dspcom);             //通过P0口给数码管送位码，每次只选中一位数码管（共阳极数码管，给1是选中）

    P2 &= 0x1f;                     //关闭位选锁存器

    P2 = (P2 & 0x1f)|0xE0;          //打开段选锁存器

    P0 = tab[dspbuf[dspcom];        //通过P0给数码管送段码，具体数值由dspbuf[]数组而定

    P2 &= 0x1f;                     //关闭段选锁存器

    if(++dspcom == 8)

        dspcom = 0;               //上面的代码每次选中一位数码管，当display函数操作了7次之后，dspcom的值为8（每次先让dspbuf自加1，再与“8”做比较），若满足条件，则让dspcom重新置零，再让数码管从第一位开始扫描至最后一位，以此类推……

}

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由上可见，每次通过P0 = （1 << dscom）选中数码管一位，经过dspcom加1后，再选中下一位数码管（1左移dspcom位，1后面的二进制数都是0，例如 1 << 5，即为 0010 0000；1 << 2 ，即为 0000 0100）。

而一直以来未被操作的数码管（未被位选）的段码值一直默认为“tab[dspbuf[10]]”，也就是0xff（熄灭状态），这也是一开始就把dspbuf[]数组全部赋值为“10”的原因。

例如我们这样这样写：

void main()

{

    while(1)

    {

        dspbuf[0] = 1;

        dspbuf[1] = 2;

        dspbuf[2] = 3;

        dspbuf[3] = 10;  //其实也要我们未对第4位数码管进行操作，则其段码默认为tab[dspbuf[10]]

        dsobuf[4] = 4;

        dspbuf[5] = 5;

        dspbuf[6] = 6;

        dspbuf[7]  7;

        display();

    }

}

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则，以上现象便是让数码管第1~3位分别显示“0、1、3”，第四位熄灭，第5~8位分别显示“4、5、6、7”。

而静态数码管，一般用的很少，它的存在只是为了引出动态数码管。对于它的操作，那需要把位选全部选中，再控制段选即可。当然，这样下来我们也不需要“消影”的处理了。

未完待续……