51 数码管

51 数码管

数码管：数码管是一种简单、廉价的显示器，是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件

STC89C52RC开发板上的数码管

数码管引脚定义

一位数码管

图源：B站：江协科技 视频截图

上图为共阴极连接，下图为共阳极连接（即连接3或8都可），控制高低电平的0和1即为段码

四位一体数码管

图源：B站：江协科技 视频截图

在同一时刻只能有一个数码管被使用，即使有多个，也显示相同数字（有利于减少利用的引脚，只引出12个就可以操作32个二极管）

动态数码管显示是利用视觉暂留和数码管显示的余晖，通过快速扫描来实现

*STC89C52RC开发板上的数码管示意图（图源：普中科技参考手册）

该数码管为共阴极数码管（COM为公共端）

上面的LED接的是138译码器的输出端

数码管模块前后及内部还有以下较为重要的部件

74HC138

可以通过3个IO口（ABC）控制8个端口，其中C为高位，A为低位

下面的G1等为使能端（G1需要高电平，G2需要低电平），根据图示，通电即工作

译码器工作原理：

将3为二进制数字转换成10进制，使对应的端口（0~7）为低电平

P24为高位，读数从P22开始读（P22为最低位）
图源：普中科技参考手册

STC89C52RC开发板上的74HC138

74HC245

由模块示意图可知，模块的开头接有74HC245芯片

74HC245芯片为双向数据缓冲器：用于数据缓冲（A1-B0，A1-B1，以此类推）

OE也相当于使能端，接地工作

图源：普中科技参考手册

STC89C52RC开发板上的74HC245

DIR控制数据传递的方向（用跳线帽控制方向，接高电平VCC为从左向右，低电平为从右到左）

目的：单片机输出的最大电流有限，高电平驱动能力弱（灯会很暗），低电平驱动能力强

即单片机输出的电平就相当于一个信号，实际驱动二极管的为芯片自己的电源

STC89C52RC开发板上的跳线帽

其中P07为高位（即端口高位对应数据高位），读数从P00开始读

限流电阻

两个四位一体的排阻（也可以是8个独立的电阻），防止电流过大

图源：普中科技参考手册

STC89C52RC开发板上的限流电阻

数码管的显示

基础显示

在阴极（P2）选中需要显示数据的数码管，在阳极（P0）输入需要显示的数据

由模块图可知，我们需要在COM端设置需要显示的数码管低电平，在74HC245端向需要显示的数码管上对应的发光二极管输入高电平

（虽然各个数码管同一位置的二极管共用阳极，但此时由于其它的数码管的COM端仍旧为高电平，所以不会亮起）

输入需要显示的数据即为根据数码管的各个引脚对应的部分“画”出需要显示的数据

例：在第4位数码管显示数据，需要给 LED5 低电平，即P24 = 1;P23 = 0;P22 = 0 （二进制100 = 十进制4，即对应LED5）

（这里的P24可以时P2_4或P24，具体要看头文件的定义）

显示数据为4，则需要使abcdef均亮，则需要使P0 = 0x3F (0011 1111)

#include<STC89C5xRC.H>

void main()
{
    P2_4 = 1;
    P2_3 = 0;
    //此时LED3、4亮起（引脚冲突）
    P2_2 = 0;
    //控制74HC138

    P0 = 0x3F;
    //控制74HC245
    //第四个数码管显示0

    while(1)
    {
        
    }
}

通过数组和函数改造基础代码

通过创建相应的数组和函数，我们可以以函数调用的方式快速改变数码管的显示

有关C语言的知识可见作者专栏

C语言学习记录_flashier的博客-优快云博客

下面这段代码为创建一个包含显示0~9的对应代码的数组以及一个含有控制数码管显示位置的switch语句的函数

向函数传入显示位置和显示数据，可方便地改变数码管的显示状态

#include<STC89C5xRC.H>

unsigned char NixieTable[10] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F};
//0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9对应的段码

void NixieTube_Display(unsigned char location, unsigned char num)
//分别传入显示位置、显示数字
    //位置为从左向右1~8
{
    switch(location)
    {
        case 1:
            //最左边的数码管对应LED8
            P2_4 = 1;
            P2_3 = 1;
            P2_2 = 1;
            break;
        case 2:
            P2_4 = 1;
            P2_3 = 1;
            P2_2 = 0;
            break;
        case 3:
            P2_4 = 1;
            P2_3 = 0;
            P2_2 = 1;
            break;
        case 4:
            P2_4 = 1;
            P2_3 = 0;
            P2_2 = 0;
            break;
        case 5:
            P2_4 = 0;
            P2_3 = 1;
            P2_2 = 1;
            break;
        case 6:
            P2_4 = 0;
            P2_3 = 1;
            P2_2 = 0;
            break;
        case 7:
            P2_4 = 0;
            P2_3 = 0;
            P2_2 = 1;
            break;
        case 8:
            P2_4 = 0;
            P2_3 = 0;
            P2_2 = 0;
            break;
    }
    P0 =  NixieTable[num];
}

void main()
{
    NixieTube_Display(8, 9);
    while(1)
    {
        
    }
}

动态数码管显示

数码管驱动方式：

单片机直接扫描：硬件设备简单，但会耗费大量的单片机CPU时间（缺点：一旦程序阻塞，没来得及扫描，会导致数码管闪烁或熄灭）

【单片机直接扫描还有另一种模式：通过外接带74HC595的模块，用三根数据线和两根电源线控制8个数码管，可以节省单片机IO口

（在开发板上的数码管需要3+8=11个IO口才能控制8个数码管）】

专用驱动芯片：单片机通过协议告诉芯片（TM1640）显示什么，芯片内部自带显存、扫描电路

（只要两根线就可以控制16个数码管显示任意数字）

数码管快速扫描的过程：位选（选择控制哪个数码管）->段选（控制显示内容）->位选 的循环

因为单片机运行速度过快，这样会造成上一位段选的数据会跑到下一次位选的位置，导致显示的数据错乱

解决方法：在下一次位选之前将上一次段选数据清零

#include<STC89C5xRC.H>

unsigned char NixieTable[10] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F};

void NixieTube_Display(unsigned char location, unsigned char num)
{
    switch(location)
    {
        case 1:
            P2_4 = 1;
            P2_3 = 1;
            P2_2 = 1;
            break;
        case 2:
            P2_4 = 1;
            P2_3 = 1;
            P2_2 = 0;
            break;
        case 3:
            P2_4 = 1;
            P2_3 = 0;
            P2_2 = 1;
            break;
        case 4:
            P2_4 = 1;
            P2_3 = 0;
            P2_2 = 0;
            break;
        case 5:
            P2_4 = 0;
            P2_3 = 1;
            P2_2 = 1;
            break;
        case 6:
            P2_4 = 0;
            P2_3 = 1;
            P2_2 = 0;
            break;
        case 7:
            P2_4 = 0;
            P2_3 = 0;
            P2_2 = 1;
            break;
        case 8:
            P2_4 = 0;
            P2_3 = 0;
            P2_2 = 0;
            break;
    }
    P0 =  NixieTable[num];
    Delay(1);
    //让数码管稳定显示，否则亮度会变低
    //这里作者已将延时1ms的函数写入头文件，向函数传递的数字x即为延时x ms
    P0 = 0x00;
    //清零
}

void main()
{
    NixieTube_Display(8, 0);
    while(1)
    {
        NixieTube_Display(1, 1);
        //Delay(500);
        NixieTube_Display(2, 2);
        //Delay(500);
        NixieTube_Display(3, 3);
        //Delay(500);
        //让数码管同时显示多个数字实际上就是数码管在不断扫描，可以通过延时函数来体现
    }
}