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【51单片机实验笔记】LED篇（三） 数码管的基本控制
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前言硬件介绍原理图分析段选和位选
驱动芯片74HC138芯片74HC245芯片
软件实现点亮一只数码管倒计时效果动态显示字符
总结
前言
本节内容我们学习如何控制数码管，先尝试点亮一个数码管，并实现倒计时效果。 本节涉及到的封装源文件可在《模块功能封装汇总》中找到。 本节完整工程文件已上传GitHub，仓库地址，欢迎下载交流！ 硬件介绍数码管的英文为Nixie Tube，又称辉光管或LED数码管。其基本单元由LED组成，单个数码管的概念图如左图所示，一般可以分为七段数码管和八段数码管两种。八段比七段多一个小数点，应用更为广泛。 除此之外，单个数码管只能显示一个数字（字母），功能受限。所以常常将多个数码管封装起来，如右图所示，常用的为4位数码管。  图1 八段数码管
 图2 多位数码管
数码管的发光颜色由管中充的低压气体决定，氖加上一些汞或氩，一般为橙色或绿色。 原理图分析数码管的电路原理图如下： 共阴极需要单片机 IO 给高电平，对应的段（LED）才能点亮，而单片机的 IO 引脚电流输出能力不足，往往需要借助驱动芯片（如74HC245芯片）才可以点亮数码管。而共阳极只需要单片机 IO 给低电平，单片机的灌电流大于拉电流，故共阳极数码管应用更加广泛。 注：由于每段都是由LED组成，故实际电路中应该串联限流电阻，一般接一个8P排阻。 段选和位选在数码管中有段选和位选两个概念，现阐释如下： 段选：针对单个数码管而言。选择要点亮数码管中 a、b、c、d、e、f、g、dp 哪些段。一般通过给 IO 引脚赋值实现。位选：针对多位数码管而言。选择点亮哪个数码管。即控制COM端的高低电平。仔细观察数码管的段选顺序，按 a、b、c、d、e、f、g、h 逆时针排列，依次对应字节的低位至高位。因此，我们可以给出共阴极数码管的字形码编码表。(有些字母不易表示，缺省) 字形码dp g f e d c b a十六进制00011 11110x3f10000 01100x0620101 10110x5b30100 11110x4f40110 01100x6650110 11010x6d60111 11010x7d70000 01110x0780111 11110x7f90110 11110x6fA0111 01110x77b0111 11000x7cc0101 10000x58d0101 11100x5eE0111 10010x79F0111 00010x71G--H0111 01100x76I0011 00000x30J0000 11100x0eK--L0011 10000x38M--n0101 01000x54o0101 11000x5cp0111 00110x73q0110 01110x67r0101 00000x50s0110 11010x6dt--U0011 11100x3ev0001 11000x1cw--x--y0110 11100x6ez--如果是共阳极，其编码表刚好是共阴极的按位取反（~）。 其实可以看出，数码管对显示字母并不友好，一般用于显示数字，在电梯楼层显示，计算器显示中应用广泛。 从上述一系列分析中我们得到，数码管相当于LED的堆叠，它对 IO 口资源的消耗是巨大的。如果要同时显示多个数字，除了采用芯片（如38译码器）来节约 IO 口，还可以采用不同的显示方式实现。数码管有两种驱动显示方式：静态显示和动态显示。 静态显示：即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。优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口过多，这显然是致命的。动态显示：利用人眼暂留效应，分时轮流控制 COM端（位选），每个数码管的点亮时间为1ms~2ms，因为频率很快，仿佛所有数码管都是同时点亮的，这即是动态的含义。优点的节省大量IO口，功耗低，缺点是亮度不及静态显示方式，但可以通过降低限流电阻的阻值来提高亮度。 驱动芯片我们需要清楚一点，单片机适合用于控制，它可以输入输出电平，但电流是很小的。或许单片机驱动单独一个LED是足够的，但当LED数量多起来时，它便无能为力了，更别提驱动大功率的灯泡或是电机了。 这些功率比较大的外设往往需要外接电源，通过驱动芯片来提供电流和能量，单片机提供信号指令。 74HC138芯片2个4位共阴极数码管和74HC138芯片（38译码器）原理图如下：  2个4位共阴极数码管
 38译码器
将各数码管相同的段选连在一起，由 P0 统一控制，这样每个数码管显示的字符都是一样的。如何使不同数码管显示不同的字符？只需要给出位选信号指定不同的数码管点亮即可。 虽然位选端共有8个引脚，但实际上我们只需要每次点亮一个数码管，即只有8种情况，那么完全可以用3个引脚来控制这8种输出，这就是38译码器的实现机理。 观察38译码器原理图。其中， G 1 G1 G1、 G 2 ‾ \overline{G2} G2、 G 3 ‾ \overline{G3} G3 为使能端，其中G1高电平有效，G2、G3低电平有效（即上横线的含义）。38译码器的真值表为 A0A1A2Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70000111111100110111111010110111110111110111110011110111101111110111101111110111111111110因为是共阴极数码管，所以Y端口为低电平时该数码管被点亮。 74HC245芯片
74HC245芯片可以将输出电流提升至70-80mA左右，具有8路输入和8路输出，可输出低电平、高电平、高阻态三态。其中DIR引脚用于控制输入输出方向，高电平（A => B）、低电平（B => A）。 O E ‾ \overline{OE} OE为使能引脚，低电平输出有效。 软件实现 点亮一只数码管 #include "REGX52.H" #define SMG_PORT P0 //重定义数据类型 typedef unsigned char u8; typedef unsigned int u16; //共阴极数码管字形码编码 u8 code smgduan[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, //0 1 2 3 4 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, //5 6 7 8 9 0x77,0x7c,0x58,0x5e,0x79, //A b c d E 0x71,0x76,0x30,0x0e,0x38, //F H I J L 0x54,0x5c,0x73,0x67,0x50, //n o p q r 0x6d,0x3e,0x1c,0x6e}; //s U v y void main() { //P0口控制数码管显示字符 SMG_PORT = smgduan[14]; //E while(1); }定义共阴极数码管字形码编码，注意这里的定义中使用了code关键字，这是C51中拓展的存储器类型。在标准C中，变量的定义格式为 [存储类别] 数据类型 变量名 = 初值； 存储类别含义特点auto自动变量默认类型。（生存期）属于动态局部变量，调用时临时分配内存，函数调用结束即释放。（初值分配）在调用时赋初值，未赋初值则初值不确定。（作用域）仅在函数体内可调用。static静态变量（生存期） 属于静态局部（全局）变量，调用结束后保留当前值。（初值分配）只在编译时赋初值，默认赋0或'\0'。 （作用域）静态局部变量仅在函数体内可调用，静态全局变量在本文件中可调用。extern外部变量外部声明，数据类型可省略。扩展变量作用域，实现跨文件调用。register寄存器变量将变量存储在CPU的寄存器中，减小内存开销。但在C51中，变量的完整定义格式为 [存储类别] 数据类型 [存储器类型] 变量名 = 初值； 存储器类型特点code变量放在ROM（程序存储器，64KB），不可更改data变量放在可直接寻址片内RAM（数据存储器，低128B），访问速度快xdata变量放在间接寻址片外RAM（数据存储器，全64KB）bdata变量放在可位寻址片内RAM（数据存储器，20H~2FH，16B）idata变量放在间接寻址片内RAM（数据存储器，全256B）pdata变量放在间接寻址片外RAM（数据存储器，低128B）单片机的ROM一般比RAM大很多（STC89C52单片机ROM为8KB，RAM为256个字节），所以一些硬编码数据（比如字形库数据）可以放在ROM区，以节省片内RAM资源。 倒计时效果代码如下: #include #define SMG_PORT P0 typedef unsigned char u8; typedef unsigned int u16; void delay(u16 t){ while(t--); } void main(){ //定义共阴数码管字形码编码 u8 smg_array[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, //0 1 2 3 4 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //5 6 7 8 9 while(1){ int i; for(i=0;i0x30,0x38,0x3f,0x3e,0x79,0x6e,0x3f,0x3e}; sbit A0 = SMG_SELECT_PORT^2; sbit A1 = SMG_SELECT_PORT^3; sbit A2 = SMG_SELECT_PORT^4; void delay(u16 t){ while(t--); } //位选码，利用十进制取余 void Dec2Bin(u8 i){ A0 = i % 2; i /= 2; A1 = i % 2; i /= 2; A2 = i % 2; } void main(){ u8 i; while(1){ for(i=0;i |
按LED的连接方式可以分为共阴极数码管和共阳极数码管。
主要用于提升单片机 IO 口的驱动电流。一般 IO 口的输出电流为20mA，这个电流大小仅仅点亮一颗LED是没有问题的，但对于驱动数码管、点阵等多负载模块就力不从心了。【本文地址】