項目六 數(shù)碼管顯示原理

1、項目六 數(shù)碼管顯示原理學習目的：1. 介紹STC89C51的數(shù)碼管顯示的原理；2. 掌握單個數(shù)碼管靜態(tài)顯示的原理；3. 熟悉四位一體數(shù)碼管動態(tài)顯示的原理；4. 掌握單片機數(shù)碼管顯示的C51程序編程。常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、LED七段顯示器（俗稱數(shù)碼管）和LED十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示；LED十六段顯示器用于字符顯示。一、數(shù)碼管簡介1數(shù)碼管的結構數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符號“”及小數(shù)點“”。數(shù)碼管的外形結構如下圖所示。數(shù)碼

2、管又分為共陰極和共陽極兩種結構。常用的LED顯示器為8段（或7段，8段比7段多了一個小數(shù)點“dp”段）。有共陽極和共陰極兩種其結構如下圖所示：圖6-1 數(shù)碼管結構圖2數(shù)碼管工作原理共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起。通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅動電路輸出端。當某段驅動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一

3、般接地），其它管腳接段驅動電路輸出端。當某段驅動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅動電路能提供額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。3數(shù)碼管字形編碼要使數(shù)碼管顯示出相應的數(shù)字或字符，必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應的字形編碼。字型碼各位定義為：數(shù)據(jù)線D0與a字段對應，D1與b字段對應，依此類推。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對應字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對應字段亮。如要顯示“0”，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應為：11000000B（

4、即C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應為：00111111B（即3FH）。依此類推。下圖為LED顯示器的結構原理圖。N個LED顯示塊有N位位選線和8×N根段碼線。 段碼線控制顯示的字型，位選線控制該顯示位的亮或暗。靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。圖6-2 LED顯示器的結構原理圖二、靜態(tài)顯示接口靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定導通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個數(shù)碼管的8個字段分別與一個8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示

5、方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用CPU時間少，編程簡單，顯示便于監(jiān)測和控制，但其占用的口線多，硬件電路復雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。圖6-3 4位靜態(tài)數(shù)碼顯示電路上圖中各位的公共端連接在一起（接地或+5V）。 每位的段碼線（adp）分別與一個8位的鎖存器輸出相連。顯示字符一確定，相應鎖存器的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個段碼為止。顯示的亮度高。該電路各位可獨立顯示。三、動態(tài)顯示接口動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線

6、控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應的段碼。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時顯示的感覺。圖6-4 4位動態(tài)數(shù)碼顯示電路上圖所有位的段碼線相應段并在一起，由一個8位I/O 口控制，形成段碼線的多路復用，各位的公共端分別由相應的I/O線控制，形成各位的分時選通。圖6-4為4位8段LED動態(tài)顯示電路。其中段碼線占用一個8位I/O口，而位選線占用一個4位I/

7、O口。采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時間。四、定時/計數(shù)器應用程序舉例1.在四位一體數(shù)碼管個位上上顯示數(shù)字1。（1）硬件原理圖本教材配套開發(fā)板中，數(shù)碼管的段選控制信號由連接器J15分別接到單片機P0.0P0.7，位選控制信號由連接器J16分別接到單片機P2.0P2.3。四個三極管對位選信號進行驅動，位選控制信號為低電平時，相應的數(shù)碼管被選中。具體的原理圖如圖6-5所示。圖6-5 四位一體數(shù)碼管原理圖（2）程序流程圖具體程序流程圖見圖6-6所示。（3）軟件代碼#include vo

8、id main(P2=0xfe; /選中個位P0=0xf9; / 1while(1;2.在四位一體數(shù)碼管各位依次顯示0F,間隔時間為1秒。（1）硬件原理圖具體原理圖參見圖6-5。（2）程序流程圖具體程序流程圖見圖6-7所示。（3）軟件代碼#include #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

9、 * t 供參考uchar time;dotime=100;while(-time;while(-t;void cycle(uchar i;P2=0xfe;while(1for(i=0;i<16;i+P0=smgi;delay(5000; void main(cycle(;3.在四位一體數(shù)碼管上動態(tài)顯示8952。（1）硬件原理圖具體原理圖參見圖6-5。（2）程序流程圖具體程序流程圖見圖6-8所示。（3）軟件代碼#include #define uchar unsigned charuchar data smgd=0x80,0x90,0x92,0xa4; /8952uchar data s

10、mgw=0xf7,0xfb,0xfd,0xfe; /位void delay(uchar t /0.2ms * t 供參考uchar time;dotime=100;while(-time;while(-t;void show(uchar i;while(1for(i=0;i<4;i+P0=0xff; /消影P2=smgwi; /位P0=smgdi; /段delay(21; void main(show(;五、實訓1.實訓目的進一步了解掌握四位一體數(shù)碼管顯示的靜態(tài)顯示方式，掌握編程方法，能夠熟練編寫相關控制程序。2.實訓內容（1）定時器報警器設計（定時器T1定時，數(shù)碼管顯示20秒倒計時，時

11、間為0時觸發(fā)蜂鳴器鳴叫）。（2）四位一體數(shù)碼管四個位同時顯示0F，時間間隔為1秒，利用定時器定時。（3）四位顯示（分+秒）的數(shù)字時鐘。3.實訓步驟1）用Keil51編寫代碼，調試、編譯后生成.hex文件。2）將開發(fā)板上連接器J3、J15、J16用跳線帽連接。3）利用STC-ISP下載軟件，將.hex文件下載到單片機ROM中。4.軟件代碼實訓（1）軟件代碼：#include #define uchar unsigned charsbit P21=P21;sbit P20=P20;sbit wave=P34;#define thr P0=0xff;P21=0;P20=1; / 宏定義函數(shù)#defi

12、ne fou P0=0xff;P21=1;P20=0;uchar x=20;uchar t=0;uchar data smg10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;void delay(uchar t / t * 0.2 ms 參考uchar time;dotime=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( / 顯示if(x/10

13、/ 高位滅零thr P0=smgx/10;delay(21; fou P0=smgx%10;delay(21;void fire( / 報警程序wave=0;while(1; / 程序終止void cycle(while(1if(t/20 / 1st=0;x-;if(x=0P0=0xc0; / 顯示 0fire(; / 20秒到了，調用報警程序show(; void main(init(;cycle(;void zd(interrupt 1t+;TH0=(65536-50000/256;TL0=(65536-50000%256;實訓（2）軟件代碼：#include #define uchar

14、unsigned charuchar x=0;uchar data smg16=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( / 四位同時顯示P2=0xf0;void cycle(uchar i=0;while(1if(x/20 / 定時達到1sP0=smgi;x=0;i+;if(i=16i=0; void

15、main(init(;wx(;cycle(;void zd(interrupt 3x+;TH1=(65536-50000/256;TL1=(65536-50000%256;實訓（3）軟件代碼：#include #define uchar unsigned charsbit P23=P23;sbit P22=P22;sbit P21=P21;sbit P20=P20;#define one P0=0xff;P23=0;P22=1;P21=1;P20=1; / 宏定義函數(shù)#define two P0=0xff;P23=1;P22=0;P21=1;P20=1;#define thr P0=0xff;

16、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; / 初值為零uchar data smg10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;void delay(uchar t / 0.2ms * t 參考uchar time;dotime=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( / 顯示one P0=smgm/10;delay(21;two P0=smgm%10;delay(21;thr P0=smgs/10;