第6章 显示器及其接口技术
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回路查询图等,在很多微型计算机控制系统中，特别在DDC，SCC以及DCS
控制系统中，大都采用CRT操作台进行监视和控制。
6.1 LED数码管显示器
• 引言 • 6.1.1 LED 显示器的工作原理 • 6.1.2 LED显示器的显示方式 • 6.1.3 LED显示器接口电路
引言
在小型控制装置和数字化仪器仪表中，往往只 要几个简单的数字显示或字符状态便可满足现场的 需求，而显示数码的LED因其成本低廉、配置灵活 ，与计算机接口方便等特点在小型微机控制系统中 得到极为广泛的应用。
• LED数码管--由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清 晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛 采用。
•LCD--则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表 到便携式微型计算机等应用场合。
•CRT终端--CRT终端以其图文并茂的直观生动画面，可以显示生产过程中 的各种画面及报表，如生产流程图、显示报警图、趋势曲线图、状态和
本节将讨论LED显示器及其接口电路与相应程 序，来了解一个实际的计算机控制系统是如何显示 被测参数值的。
6.1.1 LED 显示器工作原理
LED（发光二极管Light Emitting Diode的英文 缩写）是利用PN结把电能转换成光能的固体发光器件，根据 制造材料的不同可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见 光来。LED的伏安特性类似于普通二极管，正向压降约为2伏 左右，工作电流一般在10 -20 mA之间较为合适。
D7
dp
COM 图6-2 8段LED显示器段选码原理图
6.1.2 LED显示器显示方式
在计算机控制系统中，常利用n个LED显示器构成n位显
示。通常把点亮LED某一段的控制称为段选，而把点亮LED某 一位的控制称为位选或片选。根据LED显示器的段选线、位 选线与控制端口的连接方式不同，LED显示器有静态显示与 动态显示两种方式，下面以4个共阴极LED的组合为例进行说 明。
➢1、静态显示 ➢2、动态显示
1．静态显示方式－各位同时显示
4个LED组合的静态显示电路如图6-3所示
I/O(1)
I/O(2)
I/O(3)
I/O(4)
dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
COM
COM
COM
输入
输出
DCBAg f e d c b a
L0E B1L L1 T 0 0 0 0 0 1 1 1 1
1
1
显示字符 0
0 1 1 00010 0 0 0 1 1 0
1
0 0 0 00101 0 1 1 0 1 1
2
0 1 1 00111 0 0 1 1 1 1
3
0 1 1 01001 1 0 0 1 1 0
接口程序为：
MOV BX，OFFSET
MOV AL，[BX]
OUT
PORT1，AL
INC
BX
MOV AL，[BX]
OUT
PORT0，AL
DATA1 ；显示左2位
；显示右2位
2．动态显示电路
动态显示接口电路的关键是由两个I/O 并行端口分 别进行段选码与位选码的锁存，除了需要配置驱动 电路以外，译码扫描功能则完全由软件编程来完成 。图6-6给出4个LED组成的动态显示软件译码接口电 路，4个共阴极LED显示器的段选线对应并接，由一 片8D触发器74LS374（U1）进行段选控制，其间串有 8个三极管以正向驱动LED的阳极，此可称为段选通 道。4个LED的COM端由另一片 74LS374（U2）进行位 选控制，其间接有达林顿阵列驱动器MC1413（内含7 对复合三极管）以对LED的阴极进行反向驱动，此构 成了位选通道。
2．动态显示方式－逐位轮流显示
LED动态显示电路如图6-4所示
I/O(1) dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
COM D3
COM D2
COM D1
I/O(2)
COM D0
图7-6 LED动态显示方式
共阴极LED的所有发光管的阴极并接成公共端CO M，而共阳极LED的所有发光管的阳极并接成公共 端COM。当共阴极LED的COM端接地，则某个发光二 极管的阳极加上高电平时，则该管有电流流过因 而点亮发光；当共阳极LED的COM端接高电平，则 某个发光管的阴极加上低电平时，则该管有电流 流过因而点亮发光。
COM
GND
图 7-5 LED静态显示方式
图6-3 LED静态显示方式
例题6-1：说明4个共阴极LED静态显示3456数字的工作过程。
例题分析：看图6-3，当所有COM端连接在一起并接地 时，首先由I/O口（1）送出数字3的段选码4FH即数据010 01111到左边第一个LED的段选线上，阳极接受到高电平 “1”的发光管g、d、c、b、a段因为有电流流过则被点 亮，则结果为左边第一个LED显示3；接着由I/O口（2） 送出数字4的段选码66H 即数据01100110到左边第二个LE D的段选线上，阳极接受到高电平“1”的共阴极发光管g 、f、c、b段则被点亮，则结果为左边第二个LED显示4； 同理，由I/O口（3）送出数字5的段选码6DH即01101101 到左边第三个LED的段选线上，由I/O口（4）送出数字6 的段选码7DH即01111101到左边第四个LED的段选线上， 则第三、四个LED分别显示5、6。
•锁存允许信号(Latch Enable)为低电平有效，作为允许BCD码 输入的片选信号，片选端一般是与接口地址译码信号相连。一 旦片选有效即＝0,则数据输入端A、B、C、D所接收的4位BCD码 就会被内部逻辑电路自动译为输出端a~g的段选信号，从而驱 动点亮7段LED显示出相应的字符。
• 图6-5为4个LED组成的静态显示硬件译码接口电路，是在图6 -3 LED静态显示方式的基础上，增加4片集BCD码锁存、译码和 驱动为一体的CD4511B（U1~U4）与1片译码器74LS138，它能够 直接显示出4位十进制数。
• 图中，4片CD4511B分别对应连接4片7段共阴极LED显示器，7 4LS138译码器译出片选信号PORT0、PORT1，分别作为U1、U2和U 3、U4的锁存允许信号。CPU通过输出指令把要显示字符的BCD 码数据通过数据总线D7~ D0输出到U1~U4的数据输入端D、C、B 、A，其中每2片（U1和U2，U3和U4）共用一个字节及一个片选 信号。若要显示带小数点的十进制数，则只要在LED显示器的d p端另加驱动控制即可（读者可自行考虑）。
4
0 1 1 01011 1 0 1 1 0 1
5
0 1 1 01101 1 1 1 1 0 1
6
0 1 1 01110 0 0 0 1 1 1
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0 1 1 10001 1 1 1 1 1 1
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0 1 1 10011101 1 1 1
9
×
0
×
×
×
×
×
0000
0
0
0
×
×
0××××
1111
1
1
1
全灭 全亮
g f COM a b
a
a
b
b
10 9 8 7 6
c
c
a
d
d
f gb
e
e
e d c dp
f
f
12 34 5
g
g
dp
dp
e d COM c dp
COM
(a) 段排列
(b) 共阴极
图 6-1 8段LED显示器的结构原理
COM
(c) 共阳极
一个8段LED显示器的结构与工作原理如图6-1所 示。它是由8个发光二极管组成，各段依次记为a 、b、c、d、e、f、g、dp ，其中dp表示小数点（ 不带小数点的称为7段LED）。8段LED显示器有共 阴极和共阳极两种结构，分别如图6-1（b）、（c ）所示。
LED 2 COM
LED 3 COM
LED 4 COM
图 6-5 LED静态显示硬件译码接口电路
图6-5中有CD4511B的引脚分配，它的真值表见表6-2。 •（BLanking）为空白（全灭）信号，低电平有效；
•(Lamp Test )为全亮试验信号，低电平有效；
这两个引脚只用来测试与之连接的LED，在LED正常工作时 ，要把它们均接成高电平。
1．静态显示电路
静态显示方式的关键是多个LED需与多个I/O并行口相连 ，一般的并行I/O口如8255A或锁存器只具备锁存功能，还要 有硬件驱动电路，再配以软件译码程序。目前广泛使用一种 集锁存、译码、驱动功能为一体的集成电路芯片，以此构成 静态显示硬件译码接口电路。如美国RCA公司的CD4511B是4 位BCD码─7段十进制锁存译码驱动器，美国MOTOROLA公司的 MC14495是4位BCD码─7 段十六进制锁存译码驱动器。下面 以CD4511B为例，说明其接口电路。如图6-5所示。
第6章 显示器及其接口技术
学习目标
1.掌握LED数码管显示器的工作原理、显示方式 及其接口电路。
2.理解LCD液晶显示器的结构原理、驱动方式及 其接口电路。
3.了解图形显示画面的几种形式与功能作用。
本章主要内容
• 引言 • 6.1 LED数码管显示器 • 6.2 LCD液晶显示器 • 6.3 图形显示器 • 本章小结 • 思考题
+5V
LE BLLT D C B A LE BLLT D C B A
U3 CD4511B g f e d c ba
U4 CD4511B g f e d c ba
dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
LED 1 COM
6.1.3 LED显示器接口电路
控制系统中的LED显示电路，除了要完成把字符转换成 对应的段选码的译码功能以外，还要具有数据锁存与驱动 的功能。其中，译码功能可以通过硬件译码器完成，也可 通过软件编程实现；而数据锁存与驱动只有依赖硬件电路 来实现。结合上面讨论的两种显示方式：
❖ 1．静态显示接口电路 ❖ 2．动态显示接口电路
引言
在计算机控制中，显示装置是一个重要组 成部分，主要用来显示生产过程的工艺状况与 运行结果，以便于现场工作人员的正确操作。 是人机信息交换的主要窗口。常用的显示器件 有显示记录仪、发光二极管显示器LED、液晶 显示器LCD、大屏幕显示器和图形显示器终端C RT。
Βιβλιοθήκη Baidu
•显示记录仪--是以模拟方式连续显示和记录过程参数的动态变化，但其 价格都很贵，在目前的计算机控制系统中已很少采用。
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
A2 A3 A4
IOW A5 A6
A
Y0
B
Y1
C
74LS138
GA GB G1
PORT0 PORT1
LE BL LT D C B A U1
CD4511B g f e d c ba
LE BL LT D C B A
U2 CD4511B g f e d c ba
8段LED通过不同段点亮时的组合，可以显示0~9、A~F等 十六进制数。显然，将单片机的数据输出口与LED各段引脚相连，控制输 出的数据就可以使LED显示不同的字符。通常把控制LED数码管发光显示 字符的8位字节数据称为段选码或者字符译码，如图7-4所示。
D0
a
D1
b
D2
c
D3
d
D4
e
D5
f
D6
g
LED显示器有多种结构形式，单段的圆形或方形L ED常用来显示设备的运行状态，8段LED可以显示各种数字和 字符，所以也称为LED数码管，其外形如图6-2所示。8段LED 在控制系统中应用最为广泛，其接口电路也具有普遍借鉴性 。因此，我们介绍8段LED数码管显示器。
8段LED显示器的结构与工作原理如图6-3所示。
图6-4 LED动态显示方式
例题6-2：说明4位共阴极LED动态显示3456数字的工 作过程
例题分析：看图6-4， • 首先由I/O口（1）送出数字3的段选码4FH即数据01001111到4个LED共
同的段选线上， • 接着由I/O口（2）送出位选码××××0111到位选线上，其中数据的
高4位为无效的×，唯有送入左边第一个LED的COM端D3为低电平“0” ，因此只有该LED的发光管因阳极接受到高电平“1”的g、d、c、b、 a段有电流流过而被点亮，也就是显示出数字3，而其余3个LED因其CO M端均为高电平“1”而无法点亮；显示一定时间后（1－5ms） • 再由I/O口（1）送出数字4的段选码66H即 01100110到段选线上，接 着由I/O口（2）送出点亮左边第二个LED的位选码××××1011到位 选线上，此时只有该LED的发光管因阳极接受到高电平“1”的g、f、 c、b段有电流流过因而被点亮，也就是显示出数字4，而其余3位LED 不亮； • 如此再依次送出第三个LED、第四个LED的段选与位选的扫描代码，就 能一一分别点亮各个LED，使4个LED从左至右依次显示3、4、5、6。
控制系统中，大都采用CRT操作台进行监视和控制。
6.1 LED数码管显示器
• 引言 • 6.1.1 LED 显示器的工作原理 • 6.1.2 LED显示器的显示方式 • 6.1.3 LED显示器接口电路
引言
在小型控制装置和数字化仪器仪表中，往往只 要几个简单的数字显示或字符状态便可满足现场的 需求，而显示数码的LED因其成本低廉、配置灵活 ，与计算机接口方便等特点在小型微机控制系统中 得到极为广泛的应用。
• LED数码管--由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清 晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛 采用。
•LCD--则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表 到便携式微型计算机等应用场合。
•CRT终端--CRT终端以其图文并茂的直观生动画面，可以显示生产过程中 的各种画面及报表，如生产流程图、显示报警图、趋势曲线图、状态和
本节将讨论LED显示器及其接口电路与相应程 序，来了解一个实际的计算机控制系统是如何显示 被测参数值的。
6.1.1 LED 显示器工作原理
LED（发光二极管Light Emitting Diode的英文 缩写）是利用PN结把电能转换成光能的固体发光器件，根据 制造材料的不同可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见 光来。LED的伏安特性类似于普通二极管，正向压降约为2伏 左右，工作电流一般在10 -20 mA之间较为合适。
D7
dp
COM 图6-2 8段LED显示器段选码原理图
6.1.2 LED显示器显示方式
在计算机控制系统中，常利用n个LED显示器构成n位显
示。通常把点亮LED某一段的控制称为段选，而把点亮LED某 一位的控制称为位选或片选。根据LED显示器的段选线、位 选线与控制端口的连接方式不同，LED显示器有静态显示与 动态显示两种方式，下面以4个共阴极LED的组合为例进行说 明。
➢1、静态显示 ➢2、动态显示
1．静态显示方式－各位同时显示
4个LED组合的静态显示电路如图6-3所示
I/O(1)
I/O(2)
I/O(3)
I/O(4)
dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
COM
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DCBAg f e d c b a
L0E B1L L1 T 0 0 0 0 0 1 1 1 1
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显示字符 0
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0 1 1 01001 1 0 0 1 1 0
接口程序为：
MOV BX，OFFSET
MOV AL，[BX]
OUT
PORT1，AL
INC
BX
MOV AL，[BX]
OUT
PORT0，AL
DATA1 ；显示左2位
；显示右2位
2．动态显示电路
动态显示接口电路的关键是由两个I/O 并行端口分 别进行段选码与位选码的锁存，除了需要配置驱动 电路以外，译码扫描功能则完全由软件编程来完成 。图6-6给出4个LED组成的动态显示软件译码接口电 路，4个共阴极LED显示器的段选线对应并接，由一 片8D触发器74LS374（U1）进行段选控制，其间串有 8个三极管以正向驱动LED的阳极，此可称为段选通 道。4个LED的COM端由另一片 74LS374（U2）进行位 选控制，其间接有达林顿阵列驱动器MC1413（内含7 对复合三极管）以对LED的阴极进行反向驱动，此构 成了位选通道。
2．动态显示方式－逐位轮流显示
LED动态显示电路如图6-4所示
I/O(1) dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
COM D3
COM D2
COM D1
I/O(2)
COM D0
图7-6 LED动态显示方式
共阴极LED的所有发光管的阴极并接成公共端CO M，而共阳极LED的所有发光管的阳极并接成公共 端COM。当共阴极LED的COM端接地，则某个发光二 极管的阳极加上高电平时，则该管有电流流过因 而点亮发光；当共阳极LED的COM端接高电平，则 某个发光管的阴极加上低电平时，则该管有电流 流过因而点亮发光。
COM
GND
图 7-5 LED静态显示方式
图6-3 LED静态显示方式
例题6-1：说明4个共阴极LED静态显示3456数字的工作过程。
例题分析：看图6-3，当所有COM端连接在一起并接地 时，首先由I/O口（1）送出数字3的段选码4FH即数据010 01111到左边第一个LED的段选线上，阳极接受到高电平 “1”的发光管g、d、c、b、a段因为有电流流过则被点 亮，则结果为左边第一个LED显示3；接着由I/O口（2） 送出数字4的段选码66H 即数据01100110到左边第二个LE D的段选线上，阳极接受到高电平“1”的共阴极发光管g 、f、c、b段则被点亮，则结果为左边第二个LED显示4； 同理，由I/O口（3）送出数字5的段选码6DH即01101101 到左边第三个LED的段选线上，由I/O口（4）送出数字6 的段选码7DH即01111101到左边第四个LED的段选线上， 则第三、四个LED分别显示5、6。
•锁存允许信号(Latch Enable)为低电平有效，作为允许BCD码 输入的片选信号，片选端一般是与接口地址译码信号相连。一 旦片选有效即＝0,则数据输入端A、B、C、D所接收的4位BCD码 就会被内部逻辑电路自动译为输出端a~g的段选信号，从而驱 动点亮7段LED显示出相应的字符。
• 图6-5为4个LED组成的静态显示硬件译码接口电路，是在图6 -3 LED静态显示方式的基础上，增加4片集BCD码锁存、译码和 驱动为一体的CD4511B（U1~U4）与1片译码器74LS138，它能够 直接显示出4位十进制数。
• 图中，4片CD4511B分别对应连接4片7段共阴极LED显示器，7 4LS138译码器译出片选信号PORT0、PORT1，分别作为U1、U2和U 3、U4的锁存允许信号。CPU通过输出指令把要显示字符的BCD 码数据通过数据总线D7~ D0输出到U1~U4的数据输入端D、C、B 、A，其中每2片（U1和U2，U3和U4）共用一个字节及一个片选 信号。若要显示带小数点的十进制数，则只要在LED显示器的d p端另加驱动控制即可（读者可自行考虑）。
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全灭 全亮
g f COM a b
a
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c
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d
d
f gb
e
e
e d c dp
f
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g
g
dp
dp
e d COM c dp
COM
(a) 段排列
(b) 共阴极
图 6-1 8段LED显示器的结构原理
COM
(c) 共阳极
一个8段LED显示器的结构与工作原理如图6-1所 示。它是由8个发光二极管组成，各段依次记为a 、b、c、d、e、f、g、dp ，其中dp表示小数点（ 不带小数点的称为7段LED）。8段LED显示器有共 阴极和共阳极两种结构，分别如图6-1（b）、（c ）所示。
LED 2 COM
LED 3 COM
LED 4 COM
图 6-5 LED静态显示硬件译码接口电路
图6-5中有CD4511B的引脚分配，它的真值表见表6-2。 •（BLanking）为空白（全灭）信号，低电平有效；
•(Lamp Test )为全亮试验信号，低电平有效；
这两个引脚只用来测试与之连接的LED，在LED正常工作时 ，要把它们均接成高电平。
1．静态显示电路
静态显示方式的关键是多个LED需与多个I/O并行口相连 ，一般的并行I/O口如8255A或锁存器只具备锁存功能，还要 有硬件驱动电路，再配以软件译码程序。目前广泛使用一种 集锁存、译码、驱动功能为一体的集成电路芯片，以此构成 静态显示硬件译码接口电路。如美国RCA公司的CD4511B是4 位BCD码─7段十进制锁存译码驱动器，美国MOTOROLA公司的 MC14495是4位BCD码─7 段十六进制锁存译码驱动器。下面 以CD4511B为例，说明其接口电路。如图6-5所示。
第6章 显示器及其接口技术
学习目标
1.掌握LED数码管显示器的工作原理、显示方式 及其接口电路。
2.理解LCD液晶显示器的结构原理、驱动方式及 其接口电路。
3.了解图形显示画面的几种形式与功能作用。
本章主要内容
• 引言 • 6.1 LED数码管显示器 • 6.2 LCD液晶显示器 • 6.3 图形显示器 • 本章小结 • 思考题
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LE BLLT D C B A LE BLLT D C B A
U3 CD4511B g f e d c ba
U4 CD4511B g f e d c ba
dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
LED 1 COM
6.1.3 LED显示器接口电路
控制系统中的LED显示电路，除了要完成把字符转换成 对应的段选码的译码功能以外，还要具有数据锁存与驱动 的功能。其中，译码功能可以通过硬件译码器完成，也可 通过软件编程实现；而数据锁存与驱动只有依赖硬件电路 来实现。结合上面讨论的两种显示方式：
❖ 1．静态显示接口电路 ❖ 2．动态显示接口电路
引言
在计算机控制中，显示装置是一个重要组 成部分，主要用来显示生产过程的工艺状况与 运行结果，以便于现场工作人员的正确操作。 是人机信息交换的主要窗口。常用的显示器件 有显示记录仪、发光二极管显示器LED、液晶 显示器LCD、大屏幕显示器和图形显示器终端C RT。
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•显示记录仪--是以模拟方式连续显示和记录过程参数的动态变化，但其 价格都很贵，在目前的计算机控制系统中已很少采用。
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
A2 A3 A4
IOW A5 A6
A
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B
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C
74LS138
GA GB G1
PORT0 PORT1
LE BL LT D C B A U1
CD4511B g f e d c ba
LE BL LT D C B A
U2 CD4511B g f e d c ba
8段LED通过不同段点亮时的组合，可以显示0~9、A~F等 十六进制数。显然，将单片机的数据输出口与LED各段引脚相连，控制输 出的数据就可以使LED显示不同的字符。通常把控制LED数码管发光显示 字符的8位字节数据称为段选码或者字符译码，如图7-4所示。
D0
a
D1
b
D2
c
D3
d
D4
e
D5
f
D6
g
LED显示器有多种结构形式，单段的圆形或方形L ED常用来显示设备的运行状态，8段LED可以显示各种数字和 字符，所以也称为LED数码管，其外形如图6-2所示。8段LED 在控制系统中应用最为广泛，其接口电路也具有普遍借鉴性 。因此，我们介绍8段LED数码管显示器。
8段LED显示器的结构与工作原理如图6-3所示。
图6-4 LED动态显示方式
例题6-2：说明4位共阴极LED动态显示3456数字的工 作过程
例题分析：看图6-4， • 首先由I/O口（1）送出数字3的段选码4FH即数据01001111到4个LED共
同的段选线上， • 接着由I/O口（2）送出位选码××××0111到位选线上，其中数据的
高4位为无效的×，唯有送入左边第一个LED的COM端D3为低电平“0” ，因此只有该LED的发光管因阳极接受到高电平“1”的g、d、c、b、 a段有电流流过而被点亮，也就是显示出数字3，而其余3个LED因其CO M端均为高电平“1”而无法点亮；显示一定时间后（1－5ms） • 再由I/O口（1）送出数字4的段选码66H即 01100110到段选线上，接 着由I/O口（2）送出点亮左边第二个LED的位选码××××1011到位 选线上，此时只有该LED的发光管因阳极接受到高电平“1”的g、f、 c、b段有电流流过因而被点亮，也就是显示出数字4，而其余3位LED 不亮； • 如此再依次送出第三个LED、第四个LED的段选与位选的扫描代码，就 能一一分别点亮各个LED，使4个LED从左至右依次显示3、4、5、6。