51单片机--动态数码管显示

LED数码管

简介：LED数码管是一种常用的数字显示设备。它由多个发光二极（LED）封装在一起，形成“8”字型的器件。数码管通常由7段LED组成，有的还会额外加一个小数点。LED数码管的引线已在内部连接好，只需要将其各个段引出来，并共用一个公共电极。
LED数码管具有高亮度、低功耗、显示灵活、易于操作等特点，广泛应用于各种计时器、仪表、电子钟、电子秤等场合，提供数字和字符的直观显示。

我们单片机上的是4位一体的数码管，在这里，我们先介绍单独一位的晶体管。

一位晶体管

对于一个数码管来说，是由8个LED组成的，我们要表示什么数字，就亮什么LED，表示数字。在这里，晶体管不同位置的LED是有一定的命名方式，从最上端开始命名‘a’，然后顺时针方向yici命名’b’‘c’‘d’‘e’‘f’,然后在中间命名为‘g’，右下角的一点命名为’dp’；
我们看一下右边的图，对于单个数码管的电路连接方式一般有两种，一种是共阴极连接方式，另一种是共阳极连接方式；在我们单片机上是共阴极的连接方式，图中对应的8个平行端口正好是连接着各个LED的，然后它们有一个公共端，直接接地。假设我们要点亮数字‘6’，那么我们就要在对应的LED上输入高电平（1），下图是LED对应的高低电平。

而对于共阳极来说，就需要反过来，因为LED是一个二极管，必须让其正极端是高电平的，但8个平行端口连接着二极管的负极，所以要亮的部分输入低电平；

多位一体数码管

在我们单片机上，正好就是一个四位一体的数码管；

对于这样的数码管，他总共有12个引脚：

其中上面的表示共阴极连接，下面是共阳极连接，这里我只以共阴极为例来讲解，我们发现，对于每个数码管来说它们的平行端口都是连接在一起的，也就是共同引用了8个引脚，对于每个数码管的公共端，是独立分开控制的，假设我们要在第二个打印上1，像这种选择在哪个位置上显示数字的，我们称之为‘位选’，我们只需要使要亮的赋予低电平，不亮的赋予高电平，就达到我们位选的条件，接下来就是跟单个晶体管同个原理，只需要选择对应的LED二极管亮起即可，高电平为亮，低电平为灭，这种选择我们称之为‘段选’；

那么当我们要位选多个显示时，如果我们要显示的是不同的数字，那么它可能会报出错误，无法达到我们想要的结果，这是因为由于段选是是个数码管共同引用的，无法同时达到显示不同数字的效果。 那么对于我们要显示这种对各数字的，我们就利用人眼视觉暂留和数码管显示的余晖的原理，通过对显示的数字进行延迟就能达到显示多个数字的效果，这也就是我们下面要讲的动态数码管显示。

单片机上的数码管原理

我们要段选什么数字，这里使用P0寄存器来控制，在连接电路中里面还包括了一个双向数据缓冲器和一个电阻；

双向数据缓冲器是一种用于在不同设备之间传输数据的电子元件。它可以在发送者和接收者之间提供临时存储，以平衡数据流速度不一致带来的问题。

由VCC直接供电，然后接地，里面的DIR表示方向（direction），在这里我们只需要由寄存器向数码管提供高低电平即可，也就是单项数据传输；
OE表示输出使能（Output Enable）：

输出使能是一个控制信号，用于控制某个设备或模块的输出是否有效。当输出使能信号有效时，相应的输出电路或功能将被允许工作或产生输出；当输出使能信号无效时，相应的输出将被禁止或失效。

然后连接晶体管，我们单片机上有8个数码管，从左向右依次称之为LED1，LED2···，对于如此之多的数码管，我们这里用到一个译码器的元件来得以控制。

74HC138译码器，简称为38译码器，由电源直接控制，并接地；左下角是使能，由电源直接供电，并接地；左上角有ABC，并连接着P2寄存器，右边的Y正好连接着不同的数码管，这里，我们用到二进制表示十进制的方式，控制着不同的数码管；如：打开LED1，A为低位，C为高位，那么二进制就是000，对应着的就是Y0，就能打开LED1；下面依次类推，

这样就能控制八个数码管了，所以38译码器，就是利用三个寄存器，来对二进制数字进行转换，达到控制8个位置数码管的意思；

静态数码管显示

先给出代码：

#include 
char Nixienumber[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
void Nixie(unsigned char x,number)
{
	switch(x)
	{
		case 1:P2_2=0;P2_3=0;P2_4=0;break;
		case 2:P2_2=1;P2_3=0;P2_4=0;break;
		case 3:P2_2=0;P2_3=1;P2_4=0;break;
		case 4:P2_2=1;P2_3=1;P2_4=0;break;
		case 5:P2_2=0;P2_3=0;P2_4=1;break;
		case 6:P2_2=1;P2_3=0;P2_4=1;break;
		case 7:P2_2=0;P2_3=1;P2_4=1;break;
		case 8:P2_2=1;P2_3=1;P2_4=1;break;
	}
	P0=Nixienumber[number];
}
	
void main()
{
	Nixie(7,6);
}

这里对于位选的数码管，我们写了一个函数，用switch条件语句来进行选择，在对应的位选数码管通过38译码器来选择；而段选位置的数字，通过一个数组，将0~9对应的 数字依次用十六进制表示，通过利用数组下标的方式选出对应的数字。

动态数码管显示

上面我们说，对于数码管无法同时显示多个，那么解决方法就是一个一个亮起，通过延迟的效果让数码管暂留一会，利用我们人眼的视觉暂留，一般来说24ms内就能让肉眼无法察觉闪烁的效果，认为是静态的效果。
在这里先写一个延迟函数,以1ms为单位。
Delay.c

void Delayms(unsigned int x)		//@11.0592MHz
{
	unsigned char i, j;

	while(x--)
	{
	
		i = 2;
		j = 199;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
	}
}

头文件：Delay.h

#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAY_H__

void Delayms(unsigned int x);

#endif

然后再写一个数码管函数
Nixie.c

#include 
#include "Delay.h"
char Nixienumber[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
void Nixie(unsigned char x,number)
{
	switch(x)
	{
		case 1:P2_2=0;P2_3=0;P2_4=0;break;
		case 2:P2_2=1;P2_3=0;P2_4=0;break;
		case 3:P2_2=0;P2_3=1;P2_4=0;break;
		case 4:P2_2=1;P2_3=1;P2_4=0;break;
		case 5:P2_2=0;P2_3=0;P2_4=1;break;
		case 6:P2_2=1;P2_3=0;P2_4=1;break;
		case 7:P2_2=0;P2_3=1;P2_4=1;break;
		case 8:P2_2=1;P2_3=1;P2_4=1;break;
	}
	P0=Nixienumber[number];
	Delayms(2);//延时，使位选在一定闪烁在一定频率内，8个3ms内
	P0=0x00;//消隐，除去前一个段选
}

Nixie.h

#ifndef __NIXIE_H__
#define __NIXIE_H__
 
void Nixie(unsigned char x,number);

#endif

这里我打出的是八个晶体管同使亮起，那么要达到同时显示的效果，对于每个晶体管闪烁的频率就要保持在2ms内，然后每个晶体管显示后对需要清零，让下一个晶体管显示不会显示混乱；
最后，在主函数中调用各自的头文件，就能实现动态数码显示：

#include "Nixie.h"
void main()
{
	
	while(1)
	{
		Nixie(8,8);
		Nixie(7,7);
		Nixie(6,6);
		Nixie(5,5);
		Nixie(4,4);
		Nixie(3,3);
		Nixie(2,2);
		Nixie(1,1);
	}
}