数码管

一、实物图

数码管 1 - 斯塔克电子

二、原理图

数码管 2 - 斯塔克电子

1 数码管介绍

1.1 作用:数码管是显示器件,用来显示数字。

1.2 分类:单个(1位)、联排(2位、4位、8位)。

1.3 工作原理

(1)亮灭原理(其实就是内部的照明LED)。

(2)显示数字(甚至文字)原理:利用内部的LED的亮和灭让外部的组成数字的笔画显示或者不显示,人看到的就是不同的数字。

1.4 共阳极和共阴极数码管

(1)驱动方法的差异。必须清楚一个数码管内部的8颗LED是独立驱动的。如果8颗LED的正极接在一起接到VCC上(负极分别接到单片机的不同引脚),这种接法就叫共阳极。反之如果8颗LED负极接在一起然后接到GND(正极就分别接到单片机的不同引脚)就叫共阴极。两种接法都可以驱动数码管显示,但是用来显示的单片机程序不同(共阳极时单片机0是亮,共阴极时单片机的1是亮)。

(2)驱动电流需求差异。数码管(其实就是LED)如果按照共阳极接法则单片机可以直接驱动显示,如果按照共阴极接法则单片机不能直接驱动,因为单片机的IO口提供的电流大小不够驱动数码管内部的LED显示,需要外部电路来提供一个大电流驱动的芯片来解决。

(3)不管是共阳极或共阴极数码管,都要在数码管的段选位加上限流电阻,数码管点亮的电流值一般为3mA左右,正常工作电流范围为3~10mA,超过10mA的话会烧坏数码管。目前大多用的都是硅管,点亮时的压降值为1.7V,外接+5V的Vcc,所以电阻R=(Vcc-1.7V)/3mA,大概为1k欧姆。若需要亮度比较大的话,限流电阻值就选择330欧姆。

(4) 数码管公共端直接接到+5V ,中间不要接电阻。虽然表面上看在+5V和数码管公共端之间接一个电阻会代替其余的8个电阻,但是,实际上数码管在点亮时,点亮的段数是变化的,电流也是在变化的,点亮一段时电流比较小还可以,点亮8段时电流比较大,会出现亮度明显下降。在实际工作时会出现忽亮忽暗的现象。

(5)建议使用P0口,P0口驱动能力好点,灌电流能力也强些。

1.5 静态和动态数码管

(1)用途差异:静态方式用于驱动单独的数码管,动态方式用于驱动联排数码管。

(2)电路接法差异。

2 静态数码管的驱动

2.1 原理图分析

数码管 3 - 斯塔克电子

2.2 接线

(1)结论:单片机的P0端口接330Ω的电阻,然后接到共阳极数码管的阴极。因此单片机输出0则数码管亮,输出1数码管灭。

2.3 编程点亮

(1)P0 = 0x0; 8段全亮

(2)P0 = 0xff; 8段全灭

(3)P0 = 0x0f; 4段亮4段灭

2.4 验证原理图中数码管段号是否正确

(1)数码管的8段实际是8个LED,分别对应IO端口P0的8个引脚(P0.0、P0.1····P0.7),那么谁对应谁呢?

(2)理论上可以分析原理图和接线方法去推测这个对应关系(数码管的段码),但是实际上理论分析的经常不对。

(3)实战中一般都是自己写代码去测试的。

P0 = 0xfe; // 11111110 P0.0输出0 实测对应a

P0 = 0xfd; // 11111101 P0.1输出0 实测对应b

P0 = 0xfb; // 11111011 P0.2输出0 实测对应c

P0 = 0xf7; // 11110111 P0.3输出0 实测对应d

P0 = 0xef; // 11101111 P0.4输出0 实测对应e

P0 = 0xdf; // 11011111 P0.5输出0 实测对应f

P0 = 0xbf; // 10111111 P0.6输出0 实测对应g

P0 = 0x7f; // 01111111 P0.7输出0 实测对应dp

注意:P0端口的8个二进制位中,高位对应P0.7,而低位对应P0.0

2.5 思考:数码管如何显示数字?

(1)数码管显示数字,其实就是让数码管亮相应的几个段。其实就是让IO端口的相应引脚输出0(其余引脚输出1),其实就对应一个8位的二进制数。

(2)结论就是:P0端口输出一个合适的字节数,数码管就会显示相应的数字。每个数字都会有一个对应的8位二进制数,关键就是要得到这8位二进制数。

注意:

1)不同的数码管数字编码(段码)表完全可能不同。

2)同一个数码管接线方式不同编码表可能完全不同。

3)硬件确定后可通过调试的方法来实验确定编码表。

(3)使用数组调用编码表

3 动态数码管

数码管 4 - 斯塔克电子

3.1 静态数码管驱动方式的缺陷

(1)优势是驱动简单直接,好编程。

(2)缺陷是每个数码管需要1个端口,单片机的端口不够用。

解决办法:使用动态方式驱动多个数码管

3.2 什么是动态数码管

(1)数码管还是原来的数码管(共阳极或共阴极均可)记住:数码管有2端:COM端和段码端,也就是常说的位选和段选。

(2)段码一侧还是接一个单片机端口。

(3)COM(共极)接单片机IO口,通常接三极管或74HC138等。

分析对比静态和动态数码管,发现本质区别是:静态数码管中只要给了段码,数码管就一定工作(显示只取决于段码端),动态数码管中段码端给了段码值后还需要COM端配合才能点亮数码管。

3.3 动态数码管如何工作

(1)在某一特定时间段中,联排数码管中只有一个数码管在工作,其他均在休息(不工作)。

(2)COM端选择哪个数码管工作,段码端输出这个数码管要显式的数字的段码;延时;COM端选择下一个数码管工作,同时段码端输出这个数码管要显示的数字的段码;延时;以此类推。

(3)快速切换工作的数码管,则人看到的是所有的数码管都在亮(其实亮度是比静态驱动低的)。

(4)动态数码管利用了人眼的视觉暂留。物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后,人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像。

搞清楚2点:

第一,宏观上所有的数码管都是同时亮的,所以人以为所有数码管同时工作,所以多个数码管可以合在一起来显示。

第二,微观上数码管是依次亮的,我们可以给不同的数码管送不同的段码,所以不同的数码管可以显示不同的数字。所以相当于几个数码管的显示是独立的。

3.4 动态数码管显示编程

(1)接线确定:段码端接P0,COM端接三极管的基极,发射极接Vcc,集电极接位选端(三极管选用PNP型,用三极管驱动是因为单片机的IO口驱动能力不够,需要三极管增加驱动能力)。

(2)COM端选择一个数码管亮,随便选1个输出0,其余输出1。

(3)段码端给不同的值来测试得到段码表

第一步:先测试P0.0-P0.7和abcdefg.怎么对应的,得到段码表

第二步:再测试哪个IO对应哪一位数码管。

(4) 目标:4个联排数码管一起显示1234

(1)编程思路:先选中第1数码管,然后段码端送1的段码,然后延时一会儿;然后切换选中第2数码管,然后段码端送2的段码,然后延时一会儿;····直到第4个数码管显示完为一个周期。

(2)实验结论:

1、延时时间太长,数字会闪动。

2、把时间改短后发现有3个问题:第一个是亮的不够亮,第二个是暗的不够暗,第三个是其中一个数字(1)显示明显有问题。 解决方案就是在每个数码管亮完要切换下一个数码管时消隐(该位的数码管不亮)。

4 数码管软件设计流程

首先通过测试,确定数据IO口和段选位对应编号,然后编写数字段码表存于数组中,如果是一位数码管,则公共端直接接VCC,控制段选端显示对应数字。如果是多位数码管,则通过三极管控制位选端,选择哪一位数码管显示,然后控制段选端显示对应数字,通过10ms延时以及消隐让显示效果更好,依次循环显示其他位的数码管。具体流程图如下图所示:

数码管 5 - 斯塔克电子

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