51单片机学习三 关于静态数码管的使用

单片机芯片型号 STC89C516

需求

需要知识

1.有关数码管

数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。就是若干个二极管拼出来的。数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，也就是多一个小数点（ DP），这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容；按能显示多少个（8）可分为 1 位、 2 位、 3 位、 4 位、 5 位、6 位、7 位等数码管。

2.共阳极数码管和共阴极数码管

按单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。

共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管， 共阳数码管在使用时将公共极 COM 接到一定电压（5v）， 某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮， 当某一字段的阴极为高电平时， 相应字段就不亮。共阴数码管反之。

其实就是，八个条形的发光二极管焊在一起，阴极或阳极也一起连接，当另一边给出一个信号，让二极管的另一边有规律的接电，使需要的二极管亮起来，就可以组成数字了。

3.关于如何亮起来

（中间图为共阴极内部原理图，右图为共阳极内部原理图）

我们看这张图 ：

一位数码管的引脚是 10 个，显示一个 8 字需要 7 个小段，另外还有一个小数点，所以其内部一共有 8 个小的发光二极管，最后还有一个公共端。多数生产商为了封装统一，单位数码管都封装 10 个引脚，其中第 3 和第 8 引脚是连接在一起的。它们的公共端又可分为共阳极和共阴极。

先看共阴极的：

8个发光二极管的阴极在数码管内部连接在一起，阳极是独立的， 通常在设计电路时一般把阴极接地。

给数码管的任意一个阳极加一个高电平时，对应的这个发光二极管就点亮了。 如果想要显示出一个 8 字，并且把右下角的小数点也点亮的话，可以给 8个阳极全部送高电平，如果想让它显示出一个 0 字，可以除了给第“g,dp” 这两位送低电平外， 其余引脚全部都送高电平， 这样它就显示出 0 字了。

但共阴二极管有一些不足

首先是需要注意增加单片机 IO 口驱动电流，因为共阴数管是要靠单片机 IO 口输出电流来点亮的，但单片机 I/O 口难以输出稳定的、 如此大的电流， 所以数码管与单片机连接时需要加驱动电路，可以用上拉电阻的方法或使用专门的数码管驱动芯片，比如 74HC573、74HC245 等，其输出电流较大，电路接口简单，可借鉴使用。

其次，数码管的非公共端往往接在 IC 芯片（可以理解为单片机的CPU）的 I/O 上，而 IC 芯片的驱动电流往往是比较小的，如果采用共阴极数码管，它的驱动端在非公共端， 就有可能受限于 IC 芯片输出电流不够而显示昏暗，要外加上拉电阻或者是增加三极管加大驱动能力，更为麻烦。

而 IC 芯片的输入电流范围比较大，可以将驱动数码管的工作交到公共端（一般接驱动电源），加大驱动电源的功率自然要比加大 IC 芯片 I/O口的驱动电流简单许多，也能减轻主芯片的负担。所以共阳数码管使用更多。

再来看共阳二极管的显示原理：

其内部 8 个发光二极管的所有阳极全部连接在一起，电路连接时，公共端接高电平，因此要点亮发光管二极管，就需要给阴极送低电平，此时显示数字的编码与共阳极编码是相反的关系。

注意，数码管内部发光二极管点亮时，也需要 5mA 以上的电流，而且电流不可过大，否则会烧毁发光二极管。开发板的静态数码管使用的是共阳极数码管，不仅要防止数码管电流过大，同时要防止流经数码管的电流集中到单片机时电流不能过大，否则会损坏主芯片。

4.关于静态与动态显示

LED 数码管显示器工作方式有两种：静态显示方式和动态显示方式。

静态显示是每个数码管段必须接一个 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。这种方法的优点是占用 CPU 时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高，比如使用 4 个静态数码管，那么就得 32 个 IO 来控制。

动态显示的特点是将所有数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。

6.开发板上的显示

开发板上使用的是一个共阳数码管，即 8 个 LED 的阳极全部并联一起引出如果要让共阳数码管显示数字0，即对应的段给低电平，其他的段给高电平。

下面给出共阴和共阳数码管的 0-F 段码数据表，如下所示：

它们的数据正好是相互取反的值。比如共阴数码管数字 0 段码：0x3f，其二进制是：0011 1111，取反后为：1100 0000，即为 0XC0。其他段码依此类推。

该段码数据由来，是将 a 段作为最低位，b 段作为次低位，其他按顺序类推，dp 段为最高位，共 8 位，正好和51 单片机的一组端口数一样，因此可以直接使用某一组端口控制数码管。

在软件设计里一般用一个数组表示，如显示0

......

//定义一个数组记录共阴数码管码表

unsigned char code faguang[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};

P0=~faguang[0]; //因为单片机用的是一个共阳的数码管，这里取反，当然前面定义一个共阳的也可以

硬件设计

开发板上的数码管

静态数码管的控制管脚并未直接连接到 51 单片机的 IO 上，而是连接到 J8 端子上。由于使用的是共阳数码管，公共极接VCC，所以在数码管控制端可加一个限流电阻，阻值为 470 欧（471）。

如果要想 51单片机控制静态数码管，就必须将单片机管脚通过导线连接到 J8 端子上。因此需使用一根8Pin排线将单片机的管脚与J8端子连接。由于静态数码管模块电路是独立的， 所以使用任意单片机管脚都可以。

这里使用P0 组的 8 个 IO 管脚。

注意：要想让前面段码在静态数码管显示，就必须保证 P0 口的 P00 与 A 段到 P0 口的 P07 与 DP 段依次顺序连接，不能交叉，否则数据就会错位。

软件编程

之前学的实现点亮，for函数实现循环，延时函数实现停留1s，按键控制实现重置（把数组索引数重新赋值为0）

代码与注释如下

#include "reg52.h"   //单片机头文件和一些c语言功能的头文件

#include

sbit k1=P1^0;  //定义p1^0端口为k1，把k1和p1^0连起来

typedef unsigned int u16;

typedef unsigned char u8; //定义一些数据类型

u8 code smgduan[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};

u8 i;

void keydelay() //@12.000MHz 按键延迟消除抖动函数

{

unsigned char i, j;

i = 20;

j = 113;

do

{

while (--j);

} while (--i);

}

void delay() //@12.000MHz   数码管显示延迟1s函数

{

unsigned char i, j, k;

_nop_();

i = 8;

j = 154;

k = 122;

do

{

do

{

while (--k);

} while (--j);

} while (--i);

}

void main ()

{

while(1)  //保持循环运行

{

for(i=0;i<10;++i){ 

P0=~smgduan[i];  //显示控制

delay(); //延迟1s

if(k1==0)   //这里是按键，检测按键是否落下

{

keydelay(); //消除抖动

if(k1==0){   //再次检测按键是否落下

i=-1;  //把数码管显示复位

}

while (!k1); //检测按键松开

}

}

}

}

效果预览

资料参考：百度百科，晋中51单片机开发攻略