數碼管的基本構造、顯示原理及驅動方式

一． 什么是數碼管

LED數碼管（LED Segment Displays）是由8個發(fā)光二極管構成，并按照一定的圖形及排列封裝在一起的顯示器件。 其中7個LED構成7筆字形，1個LED構成小數點（也被稱為為八段數碼管）。

常用的數碼管位數有1，2，3，4，5，6，8，10位等等，顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。 了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。

二． 數碼管基本構造

LED數碼管有兩大類，一類是共陰極接法，另一類是共陽極接法，共陰極就是8段的顯示字碼共用一個電源的負極，是高電平點亮，共陽極就是7段的顯示字碼共用一個電源的正極，是低電平點亮。 只要控制其中各段LED的亮滅即可顯示相應的數字、字母或符號。

共陰和共陽極數碼管的內部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已，共陰為所有的LED負極接在一起，共陽為為所有的LED正極接在一起。 如下圖為1位數碼管的共陰極和共陽極原理圖：

三、數碼管顯示原理

要是數碼管顯示數字，有兩個條件：1.是要在VT端加合適的電源(一般每顆LED還需串上合適的電阻，起限流作用)； 2.要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低電平或“0”電平。 這樣才能顯示的。

例如下圖的共陰極數碼管，須在VT端接上地端，（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接到單片機的引腳上； 如果要使其中一個LED亮時，對應的單片機引腳輸出高電平，即可點亮LED燈。

共陰極LED數碼管的內部結構原理圖

能夠點亮數碼管后，就可以通過單片機控制數碼管顯示數字或字母。 為了控制方便，我們將數碼管的a~dp引腳依次連接單片機的P10-P17引腳，如圖：

我們對數碼管所要顯示的每個數字和字母進行編碼，然后在編程時，將編碼放在一個數組上，需要顯示什么數字或者字母，從數組里面提取相應的編碼就可顯示所要顯示的字符了。

如圖，要顯示數字“5”時，編碼為0x6D。 如果數碼管為共陽極，只需要對共陰極的編碼做一個取反操作即可。

四． 數碼管驅動方式

根據LED數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。

1.靜態(tài)驅動方式

led靜態(tài)顯示時，其公共端接地（共陰極）或接電源（共陽極），各段選線分別與I/O口接線相連。 要顯示字符，直接在I/O線發(fā)送相應的字段碼。

優(yōu)點： 靜態(tài)顯示結構簡單，顯示方便，要顯示某個字符直接在IO線上發(fā)送相應的字段碼

缺點： 一根數碼管需要8根IO線，數碼管比較多時候，非常占用IO線。

2.動態(tài)驅動方式

動態(tài)驅動方式是將所有的數碼管的段選線并接在一起，用一個IO接口控制，公共端并不是直接接地（共陰極）或者電源（共陽極），而是通過相應的IO接口控制。

以共陽極為例假設4個數碼管工作過程為，如圖：

四位數碼管動態(tài)驅動方式連接圖

1. 每個數碼管的公共端與單片機的一個IO相連，第一步使最右邊一個數碼管的公共端為1(P21)，其余數碼管公共端為0，同時在（a,b,c,d,e,f,g,dp)P0端上發(fā)送右邊第一個數碼管的字段碼，這時候只有右邊的第一個數碼管顯示，其余不顯示；
2. 第二步使右邊第二個數碼管的公共端(P23)為1，其余的公共端為0，同時在（a,b,c,d,e,f,g,dp)P0端上發(fā)送右邊第二個數碼管的字段碼，這時候，只有右邊第二個數碼管顯示，其余不顯示；
3. 以此類推，直到最后一個，這樣子4個數碼管輪流顯示相應的信息，一遍顯示完畢，隔一段時間，又這樣循環(huán)顯示。

從計算機角度，每個數碼管隔一段時間才顯示一次，但是由于人的視覺暫留效應，只要隔離時間足夠短，循環(huán)的周期足夠長，美妙達到24次以上，看起來數碼管就一直穩(wěn)定顯示了，這就是動態(tài)顯示原理。

五. 八位數碼管動態(tài)驅動例程

以八位共陰極數碼管，動態(tài)驅動的方式為例：

#include<reg51.h>




//--定義使用的IO口--//
#define GPIO_DIG   P0  //段選
#define GPIO_PLACE P1  //位選




//--定義全局變量--//
unsigned char code DIG_PLACE[8] = {
0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//位選控制   查表的方法控制
unsigned char code DIG_CODE[17] = {
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
//0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F的顯示碼
unsigned char DisplayData[8];
//用來存放要顯示的8位數的值




//--聲明全局函數--//
void DigDisplay(); //動態(tài)顯示函數
/*******************************************************************************
* 函 數 名         : main
* 函數功能       : 主函數
* 輸    入         : 無
* 輸    出         : 無
*******************************************************************************/
void main(void)
{
  unsigned char i;




  for(i=0; i<8; i++)
  {
    DisplayData[i] = DIG_CODE[i];  
  }
  while(1)
  {
    DigDisplay();
  }        
}




/*******************************************************************************
* 函 數 名         : DigDisplay
* 函數功能       : 使用數碼管顯示
* 輸    入         : 無
* 輸    出         : 無
*******************************************************************************/
void DigDisplay()
{
  unsigned char i;
  unsigned int j;




  for(i=0; i<8; i++)
  {
    GPIO_PLACE = DIG_PLACE[i];   //發(fā)送位選
    GPIO_DIG = DisplayData[i];     //發(fā)送段碼
    j = 10;             //掃描間隔時間設定
    while(j--);  
    GPIO_DIG = 0x00;//消隱
  }