项目六 数码管显示原理分解

项目六数码管显示原理学习目的：1.介绍STC89C51的数码管显示的原理；2.掌握单个数码管静态显示的原理；3.熟悉四位一体数码管动态显示的原理；4.掌握单片机数码管显示的C51程序编程。

常用的LED显示器有LED状态显示器（俗称发光二极管）、LED七段显示器（俗称数码管）和LED十六段显示器。

发光二极管可显示两种状态，用于系统状态显示；数码管用于数字显示；LED十六段显示器用于字符显示。

一、数码管简介1．数码管的结构数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 ~9、字符A ~F、H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“.”。

数码管的外形结构如下图所示。

数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。

常用的LED显示器为8段（或7段，8段比7段多了一个小数点“dp”段）。

有共阳极和共阴极两种其结构如下图所示：图6-1 数码管结构图2．数码管工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。

通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。

当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。

根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。

共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。

通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。

当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。

3．数码管字形编码要使数码管显示出相应的数字或字符，必须使段数据口输出相应的字形编码。

字型码各位定义为：数据线D0与a字段对应，D1与b字段对应……，依此类推。

如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。

如要显示“0”，共阳极数码管的字型编码应为：11000000B（即C0H）；共阴极数码管的字型编码应为：00111111B（即3FH）。

依此类推。

下图为LED显示器的结构原理图。

N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。

段码线控制显示的字型，位选线控制该显示位的亮或暗。

静态显示和动态显示两种显示方式。

图6-2 LED显示器的结构原理图二、静态显示接口静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。

这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。

每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。

采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用CPU时间少，编程简单，显示便于监测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。

图6-3 4位静态数码显示电路上图中各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。

每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。

显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。

显示的亮度高。

该电路各位可独立显示。

三、动态显示接口动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。

通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的I/O口线控制。

动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码。

依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符。

虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。

图6-4 4位动态数码显示电路上图所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O 口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。

图6-4为4位8段LED动态显示电路。

其中段码线占用一个8位I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。

采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。

四、定时/计数器应用程序举例1.在四位一体数码管个位上上显示数字1。

（1）硬件原理图本教材配套开发板中，数码管的段选控制信号由连接器J15分别接到单片机P0.0~P0.7，位选控制信号由连接器J16分别接到单片机P2.0~P2.3。

四个三极管对位选信号进行驱动，位选控制信号为低电平时，相应的数码管被选中。

具体的原理图如图6-5所示。

7k图6-5 四位一体数码管原理图（2）程序流程图具体程序流程图见图6-6所示。

（3）软件代码#include<reg52.h>void main(){P2=0xfe; //选中个位P0=0xf9; // 1while(1);}2.在四位一体数码管各位依次显示0~F,间隔时间为1秒。

（1）硬件原理图具体原理图参见图6-5。

（2）程序流程图具体程序流程图见图6-7所示。

（3）软件代码#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar data smg[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e};void delay(uint t) //0.2ms * t 供参考{uchar time;do{time=100;while(--time);}while(--t);}void cycle(){uchar i;P2=0xfe;while(1){for(i=0;i<16;i++){P0=smg[i];delay(5000);}}}void main(){cycle();}3.在四位一体数码管上动态显示8952。

（1）硬件原理图具体原理图参见图6-5。

（2）程序流程图具体程序流程图见图6-8所示。

（3）软件代码#include<reg52.h>#define uchar unsigned charuchar data smgd[]={0x80,0x90,0x92,0xa4}; //8952uchar data smgw[]={0xf7,0xfb,0xfd,0xfe}; //位void delay(uchar t) //0.2ms * t 供参考{uchar time;do{time=100;while(--time);}while(--t);}void show(){uchar i;while(1){for(i=0;i<4;i++){P0=0xff; //消影P2=smgw[i]; //位P0=smgd[i]; //段delay(21);}}}void main(){show();}五、实训1.实训目的进一步了解掌握四位一体数码管显示的静态显示方式，掌握编程方法，能够熟练编写相关控制程序。

2.实训内容（1）定时器报警器设计（定时器T1定时，数码管显示20秒倒计时，时间为0时触发蜂鸣器鸣叫）。

（2）四位一体数码管四个位同时显示0~F，时间间隔为1秒，利用定时器定时。

（3）四位显示（分+秒）的数字时钟。

3.实训步骤1）用Keil51编写代码，调试、编译后生成.hex文件。

2）将开发板上连接器J3、J15、J16用跳线帽连接。

3）利用STC-ISP下载软件，将.hex文件下载到单片机ROM中。

4.软件代码实训（1）软件代码：#include<reg52.h>#define uchar unsigned charsbit P21=P2^1;sbit P20=P2^0;sbit wave=P3^4;#define thr {P0=0xff;P21=0;P20=1;} // 宏定义函数#define fou {P0=0xff;P21=1;P20=0;}uchar x=20;uchar t=0;uchar data smg[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};void delay(uchar t) // t * 0.2 ms 参考{uchar time;do{time=100;while(--time);}while(--t);}void init() // 初始化{TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;}void show() // 显示{if(x/10) // 高位灭零{thr P0=smg[x/10];delay(21);}fou P0=smg[x%10];delay(21);}void fire() // 报警程序{wave=0;while(1); // 程序终止}void cycle(){while(1){if(t/20) // 1s{t=0;x--;if(x==0){P0=0xc0; // 显示 0fire(); // 20秒到了，调用报警程序}}show();}}void main(){init();cycle();}void zd()interrupt 1{t++;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;}实训（2）软件代码：#include<reg52.h>#define uchar unsigned charuchar x=0;uchar data smg[16]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e};void init(){TMOD=0x10;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;EA=1;ET1=1;TR1=1;}void wx() // 四位同时显示{P2=0xf0;}void cycle(){uchar i=0;while(1){if(x/20) // 定时达到1s{P0=smg[i];x=0;i++;if(i==16)i=0;}}}void main(){init();wx();cycle();}void zd()interrupt 3{x++;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;}实训（3）软件代码：#include<reg52.h>#define uchar unsigned charsbit P23=P2^3;sbit P22=P2^2;sbit P21=P2^1;sbit P20=P2^0;#define one {P0=0xff;P23=0;P22=1;P21=1;P20=1;} // 宏定义函数#define two {P0=0xff;P23=1;P22=0;P21=1;P20=1;}#define thr {P0=0xff;P23=1;P22=1;P21=0;P20=1;}#define fou {P0=0xff;P23=1;P22=1;P21=1;P20=0;}uchar m=0,s=0,x=0; // 初值为零uchar data smg[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};void delay(uchar t) // 0.2ms * t 参考{uchar time;do{time=100;while(--time);}while(--t);}void init() // 初始化{TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;}void show() // 显示{one P0=smg[m/10];delay(21);two P0=smg[m%10];delay(21);thr P0=smg[s/10];delay(21);fou P0=smg[s%10];delay(21);}void deal() // 查询处理{if(x/20){x=0;s++;if(s==60){s=0;m++;if(m==60){m=0;}}}}void cycle(){while(1){deal();show();}}void main(){init();cycle();}void zd()interrupt 1{x++;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;}思考与练习1.数码管显示的原理及结构。