8.1 八段數(shù)碼管簡(jiǎn)介

在我們生活中隨處可見(jiàn)數(shù)碼管的應(yīng)用，數(shù)碼管的應(yīng)用形式多種多樣，拋開(kāi)事物表象，深入到它的本質(zhì)，正所謂萬(wàn)變不離其中，數(shù)碼管應(yīng)用的原理都是基本相通的。本章我們將詳細(xì)介紹數(shù)碼管的基本原理以及數(shù)碼管的應(yīng)用。最典型的數(shù)碼管為8段LED數(shù)碼管，外觀如下圖所示：

如上圖所示，數(shù)碼管包括A、B、C、D、E、F、G以及DP共8段，實(shí)際上8段為8個(gè)獨(dú)立的LED。上面8段LED組成1位數(shù)碼管。數(shù)碼管按照內(nèi)部連接方法的不同分為共陰型或共陽(yáng)，當(dāng)8段LED的陰極連接在一起稱為為共陰型，陽(yáng)極連接在一起稱為共陽(yáng)型。如下圖所示為4位共陽(yáng)型的8 段數(shù)碼管。

如上圖所示，4位數(shù)碼管每一位的8段LED的陽(yáng)極連在一起，組成共陽(yáng)極型數(shù)碼管，8段數(shù)碼管的陰極分別連接在一起。當(dāng)選中某一位的陽(yáng)極使其為高電平，使8段數(shù)碼管的陰極對(duì)應(yīng)的位低電平便可點(diǎn)亮數(shù)碼管。例如，DP、G、F、E、D、C、B、A電平值依次為：1、1、1、1、1、0、0、1時(shí)數(shù)碼管顯示為數(shù)字1。據(jù)此可以編輯共陽(yáng)數(shù)碼管的真值表，如下表所示：

一般點(diǎn)亮一段數(shù)碼管需要至少10mA， 而單片機(jī)管腳輸出的電流較小，無(wú)法驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，可以采用上拉電阻、三極管驅(qū)動(dòng)或采用專用驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。RY-51單片機(jī)開(kāi)發(fā)板采用兩個(gè)74HC573驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)2個(gè)4位的數(shù)碼管，共8位數(shù)碼管如下圖所示：

8.2 鎖存器74HC573功能介紹

如上圖所示，U3，U4為8位的數(shù)據(jù)鎖存器74HC573，D7-D0為數(shù)據(jù)輸入端，Q7-Q0為與輸入端一一對(duì)應(yīng)的輸出端。74HC573有2個(gè)控制信號(hào)分別為第1、11管腳、1管腳為芯片使能控制端，11管腳為數(shù)據(jù)鎖存控制端。

當(dāng)1接高電平時(shí)，芯片不工作，無(wú)論數(shù)據(jù)輸入端為高、低電平，輸出端Q7-Q0為高阻態(tài)。只有當(dāng)1管腳為低電平時(shí)，芯片才能正常工作，如圖8-3所示U3、U4均將1管腳直接接地。

在1管腳接地的情況下，當(dāng)11管腳為高電平時(shí)，D7-D0輸入為高電平時(shí)，Q7-Q0輸出為高、同理當(dāng)輸入為低電平時(shí)，輸出為低電平，此時(shí)相當(dāng)于芯片的D7-D0與Q7-Q0是一一連通的。

當(dāng)11管腳為低電平時(shí)，無(wú)論輸入端D7-D0是高或者低電平，Q7-Q0保持原來(lái)的值不變。

利用上面的特點(diǎn)我們就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的鎖存了。假設(shè)我們要把0xFB鎖存到Q7-Q0，首先使11管腳為高電平，給輸入端D7-D0賦值0xFB，此時(shí)輸出端Q7-Q0輸出為0xFB，此時(shí)將11管腳拉為低電平并一直保持，那么此后無(wú)論輸入端D7-D0為何值，Q7-Q0均為0xFB，因此完成了數(shù)據(jù)的鎖存。74HC573真值表如下表所示：

如上面原理圖所示，根據(jù)鎖存器74HC573的特點(diǎn)，利用單片的一個(gè)8位端口，以及兩個(gè)用于控制的I/O口便能控制8位數(shù)碼管了。如圖所示，輸入數(shù)據(jù)D7-D0與單片的P0口相連，U3、U4的11管腳分別與單片機(jī)的I/O口P2.7、P2.6相連。鎖存器U3的輸出端Q7~Q0分別與數(shù)碼管的a-g,DP相連，鎖存器U4的輸出端Q7-Q0分別與8位數(shù)碼管的公共端相連。

8.3 單片機(jī)控制數(shù)碼管

下面我們通過(guò)舉例來(lái)講解數(shù)碼管的控制過(guò)程，以使第5位數(shù)碼管顯示數(shù)字8為例。如表8-1所示數(shù)字8對(duì)應(yīng)數(shù)碼管真值為0x80,通過(guò)單片機(jī)的P0口將0x80鎖存到U3的輸出口。如圖8-3所示，第5位數(shù)碼管公共端WE5對(duì)應(yīng)的是鎖存器U4的Q4，應(yīng)只需Q4為高電平，Q7-Q5，Q3-Q1為低電平，便可使第5位數(shù)碼管顯示數(shù)字8，其它數(shù)碼管不顯示。因此通過(guò)單片機(jī)的P0口將0x10鎖存到U4。數(shù)碼管的顯示總結(jié)如下，首先將字碼鎖存到U3，然后將數(shù)碼管的顯示位鎖存到U4。數(shù)碼管顯示程序如下所示：

/*----------------------------------------------------
** 數(shù)碼管5顯示數(shù)字8
----------------------------------------------------*/
#include< reg52.h >

sbit DU = P2^7;
sbit WE = P2^6;

void main()
{
	P0 = 0x80;//顯示數(shù)字8
	DU = 1;
	DU = 0;

	P0 = 0x10;//第5位數(shù)碼管
	WE = 1;
	WE = 0;

	while(1);
}

程序代碼如上所示，在主程序中首先把數(shù)字8鎖存到鎖存器U3，然后將數(shù)碼管5公共端的高電平鎖存到U4，將程序編譯并下載到單片機(jī)檢驗(yàn)實(shí)際顯示效果。每一個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)數(shù)碼管都是固定的，在實(shí)際應(yīng)用中每條語(yǔ)句中都對(duì)P0進(jìn)行賦值的話會(huì)比較繁瑣而且不便于程序閱讀，我們往往將數(shù)碼管的真值放在一個(gè)數(shù)組中，程序中調(diào)用數(shù)組即可，改進(jìn)程序如下所示：

/*----------------------------------------------------
** 數(shù)碼管5顯示數(shù)字8,字碼組放入數(shù)組中
----------------------------------------------------*/
#include< reg52.h >

#define uchar  unsigned char
#define uint unsigned int

sbit DU = P2^7;
sbit WE = P2^6;

//共陽(yáng)型(0~9,A,b,C,d,E,F,全亮,全滅)，字碼組
uchar code table_D[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0x00,0xFF};
//位選數(shù)組
uchar code table_W[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0xFF,0x00};

void main()
{
	
	P0 = table_D[8];//顯示數(shù)字8
	DU = 1;
	DU = 0;

	P0 = table_W[4];//第5位數(shù)碼管
	WE = 1;
	WE = 0;

	while(1);
}

如代碼所示，將數(shù)碼管真值表放入數(shù)組table_D[]，數(shù)組的第0位對(duì)應(yīng)的數(shù)字為0，第8位對(duì)應(yīng)的數(shù)字為8，因此，如代碼所示，需要顯示數(shù)字8，直接將table_D[8]，賦值給P0即可，方便又好記。Table_W[]設(shè)計(jì)的原理相同。將程序下載到開(kāi)發(fā)板，顯示效果與前面保持一致。

前面講解的都是讓某一個(gè)數(shù)碼管顯示某一個(gè)固定的值，下面我們講解較為復(fù)雜一點(diǎn)數(shù)碼管顯示。例如，第1位數(shù)碼管顯示數(shù)字0，500ms之后第2位數(shù)碼管顯示數(shù)字1，直到第8位數(shù)碼管顯示7，然后循環(huán)上述步驟。要實(shí)現(xiàn)上面的功能我們需要用到前面講解的定時(shí)器功能，即每500ms在定時(shí)器中斷程序中給數(shù)碼管更新一次數(shù)值。程序代碼如下所示。

/*----------------------------------------------------
** 數(shù)碼管1~8循環(huán)顯示數(shù)字0~7，間隔500ms
** 定時(shí)器中斷方式
----------------------------------------------------*/
#include< reg52.h >

#define uchar  unsigned char
#define uint unsigned int

#define FOSC 11059200 //單片機(jī)晶振頻率
#define T_1ms (65536 - FOSC/12/1000)  //定時(shí)器初始值計(jì)算

uint count = 0;
uint flag  = 0;

sbit DU = P2^7;
sbit WE = P2^6;
//共陽(yáng)型(0~9,A,b,C,d,E,F,全亮,全滅)，字碼組
uchar code table_D[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0x00,0xFF};
//位選數(shù)組
uchar code table_W[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0xFF,0x00};
void main()
{
	TMOD = 0x01;	 //定時(shí)器工作模式配置
	TL0  = T_1ms;	//裝載初始值
	TH0  = T_1ms >>8;

	TR0  = 1;		 //啟動(dòng)定時(shí)器
	ET0  = 1;		 //允許定時(shí)器中斷
	EA   = 1;		 //開(kāi)總中斷

	while(1);	  //循環(huán)
}

void timer0() interrupt 1
{
	TL0 = T_1ms;//重裝初始值
	TH0 = T_1ms >>8;

	count++;
	if(count >= 500)//每一毫秒進(jìn)入一次中斷，達(dá)到500次則為500ms,跟新一次數(shù)碼管顯示。
	{
		count = 0;

		P0 = table_D[flag];//數(shù)字0~7循環(huán)
		DU = 1;
		DU = 0;
	
		P0 = table_W[flag];//數(shù)碼管1~8循環(huán)點(diǎn)亮
		WE = 1;
		WE = 0;

		flag++;
		if(flag >=8)
			flag =0;
	}
}

將程序下載到單片機(jī)開(kāi)發(fā)板檢驗(yàn)效果是否與預(yù)期一致。

8.4動(dòng)態(tài)顯示數(shù)碼管

前面講解的數(shù)碼管顯示均為在某個(gè)時(shí)間內(nèi)只能顯示一個(gè)數(shù)碼管，那么如何讓8個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示不同的數(shù)。前面我們講解的例子為數(shù)碼管1到8分別顯示數(shù)字1到8，顯示的間隔時(shí)間為500ms，如果我們將時(shí)間間隔該為100ms，那么數(shù)碼管切換的速度比以前快了5倍，當(dāng)把間隔該為2ms時(shí)，由于間隔時(shí)間太短，感覺(jué)前一個(gè)數(shù)碼管還沒(méi)來(lái)的及完全熄滅，后面的數(shù)碼管就點(diǎn)亮了，這就是人眼睛的視覺(jué)暫留效應(yīng)。

因此，你可以看到數(shù)碼管上同時(shí)顯示了01234567共八個(gè)數(shù)，這就是動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示的原理。只需要將上面的程序稍加改動(dòng)便可實(shí)現(xiàn)，將語(yǔ)句“if(count>=500)”改為“if(count>=2)”。將修改好的程序編譯下載到開(kāi)發(fā)板觀察效果。

8.5 數(shù)碼管消隱

當(dāng)把上面的程序下載到開(kāi)發(fā)板時(shí)，8位數(shù)碼管會(huì)同時(shí)顯示“01234567”共8個(gè)數(shù)字。但是，細(xì)心的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)，有的數(shù)碼管不應(yīng)該顯示的段會(huì)有點(diǎn)亮，但亮度會(huì)比較低，看起來(lái)像陰影一樣。這種現(xiàn)象是怎么形成的呢，又該怎么消除呢？下面我們通過(guò)程序來(lái)具體分析。

8.4節(jié)所講的定時(shí)器中斷程序如上圖所示，根據(jù)前面介紹可知，每隔2ms語(yǔ)句51-59會(huì)執(zhí)行一次，每次flag的值會(huì)加1。第一次時(shí)flag=0,數(shù)碼管1顯示數(shù)字0，第二次時(shí)，flag=1,數(shù)碼管2顯示數(shù)字1，如此循環(huán)下去。當(dāng)?shù)诙螆?zhí)行到第51行語(yǔ)句時(shí)，此時(shí)還沒(méi)有選擇數(shù)碼管2，而是第一次執(zhí)行語(yǔ)句57時(shí)選中了的數(shù)碼管1，只有當(dāng)語(yǔ)句執(zhí)行到57時(shí)，才完成數(shù)碼管2的選定，因此，在執(zhí)行語(yǔ)句51-57期間，是數(shù)碼管1顯示了數(shù)字1，當(dāng)執(zhí)行到57之后的2ms時(shí)間內(nèi)是數(shù)碼管2顯示了數(shù)字1。由于語(yǔ)句執(zhí)行語(yǔ)句51-57的時(shí)間遠(yuǎn)小于2m,因此亮度較低，這就是我們上面觀察到的陰影。陰影產(chǎn)生的原因找到了，下面我們講解陰影的消除了。如果我們?cè)谡Z(yǔ)句51之前先把所有的數(shù)碼關(guān)都關(guān)掉，就不會(huì)出現(xiàn)上述情況了。程序如下：

void timer0() interrupt 1
{
	TL0 = T_1ms;//重裝初始值
	TH0 = T_1ms >>8;

	count++;
	if(count >= 2)//每一毫秒進(jìn)入一次中斷，達(dá)到2次則為2ms更新一次數(shù)碼管。
	{
		count = 0;

		P0 =table_W[9];//關(guān)閉所有數(shù)碼管，消隱處理
		WE = 1;
		WE = 0;

		P0 = table_D[flag];//數(shù)字0~7循環(huán)
		DU = 1;
		DU = 0;
	
		P0 = table_W[flag];//數(shù)碼管1~8循環(huán)點(diǎn)亮
		WE = 1;
		WE = 0;

		flag++;
		if(flag >=8)
			flag =0;
	}
}

將程序重新編譯，下載到開(kāi)發(fā)板。正如程序設(shè)計(jì)所愿，數(shù)碼管陰影成功被消除。

8.6 數(shù)碼管應(yīng)用

這里我們?cè)跀U(kuò)展一下數(shù)碼管的應(yīng)用，做一個(gè)簡(jiǎn)單秒表，在數(shù)碼管上顯示。程序設(shè)計(jì)原理如下：在定時(shí)器中斷程序中增加一個(gè)變量T_count，當(dāng)1ms進(jìn)入一次定時(shí)器中斷時(shí)自加一次，然后在主程序中判斷是否達(dá)到了1000次即1s的時(shí)間，每秒鐘變量Sec自加1次，記錄時(shí)間。將sec個(gè)、十、百、千位保存到數(shù)組Buf_LED[]中，在將數(shù)組顯示到數(shù)碼管上，程序如下所示：

/*----------------------------------------------------
** 秒表
----------------------------------------------------*/
#include< reg52.h >

#define uchar  unsigned char
#define uint unsigned int

#define FOSC 11059200 //單片機(jī)晶振頻率
#define T_1ms (65536 - FOSC/12/1000)  //定時(shí)器初始值計(jì)算

uint count = 0;
uint flag  = 0;

uint T_count  = 0;
uint Sec   = 0;

sbit DU = P2^7;
sbit WE = P2^6;	

uchar  Buf_LED[8] ={0};


//共陽(yáng)型(0~9,A,b,C,d,E,F,全亮,全滅)，字碼組
uchar code table_D[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0x00,0xFF};
//位選數(shù)組
uchar code table_W[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0xFF,0x00};

void main()
{
	TMOD = 0x01;	 //定時(shí)器工作模式配置
	TL0  = T_1ms;	//裝載初始值
	TH0  = T_1ms >>8;

	TR0  = 1;		 //啟動(dòng)定時(shí)器
	ET0  = 1;		 //允許定時(shí)器中斷
	EA   = 1;		 //開(kāi)總中斷

	while(1)	  //循環(huán)
	{
		if(T_count >=1000)
		{
			T_count =0;
			Sec++;
		
		Buf_LED[7]= Sec%10;
		Buf_LED[6]= Sec/10%10;
		Buf_LED[5]= Sec/100%10;
		Buf_LED[4]= Sec/1000%10;
		}
	}
}

void timer0() interrupt 1
{
	TL0 = T_1ms;//重裝初始值
	TH0 = T_1ms >>8;
	
	T_count++;
	count++;
	if(count >= 2)//每一毫秒進(jìn)入一次中斷，達(dá)到2次則為2ms更新一次數(shù)碼管。
	{
		count = 0;

		P0 =table_W[9];//關(guān)閉所有數(shù)碼管，消隱處理
		WE = 1;
		WE = 0;

		P0 = table_D[Buf_LED[flag]];//顯示秒
		DU = 1;
		DU = 0;
	
		P0 = table_W[flag];//數(shù)碼管1~8循環(huán)點(diǎn)亮
		WE = 1;
		WE = 0;

		flag++;
		if(flag >=8)
			flag =0;
	}
}

8.7本章小結(jié)

本章詳細(xì)介紹了數(shù)碼管的工作原理、鎖存器74HC573的工作原理及使用。數(shù)碼管的顯示控制以數(shù)碼管顯示中的定時(shí)器應(yīng)用。