1、數(shù)碼管顯示原理

數(shù)碼管是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的一種顯示器件，由于其價格低廉、操作簡單，而被廣泛的應(yīng)用于各種數(shù)字顯示系統(tǒng)中，常見的數(shù)碼管如圖1所示。

 

根據(jù)外觀的不同，數(shù)碼管又為分1位數(shù)碼管、2位數(shù)碼管、3位數(shù)碼管、四位數(shù)碼管等種類，如圖2所示。

但不論是幾位一體的數(shù)碼管，其顯示原理都是一樣的，都是靠內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光來進行顯示的。下面我們以1位數(shù)碼管為例介紹其顯示原理。

    1、數(shù)碼管顯示的原理

數(shù)碼管內(nèi)部的電路如圖3所示，

圖3　數(shù)碼管內(nèi)部電路

圖3中，顯示一個完整的8字，需要7個小段，外加一個小數(shù)點，共8段，分別稱為a段、b段、c段、d段、e段、f段、g段、dp段，每段內(nèi)部都集成了一個發(fā)光二極管，此時要想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字，我們只需要讓相對應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光就可以，例如要想讓此數(shù)碼管顯示數(shù)字是１，只需要讓b、c段的數(shù)碼管發(fā)光，而其它段的數(shù)碼管熄滅就可以了。

上圖中，每個發(fā)光二極管的陽極全部引出，分別為a、b、c、d、e、f、g、dp，共8個引腳，而把所有發(fā)光二極管的陰極全部接到一起引出一個引腳w，此時我們把a、b、c、d、e、f、g、dp引腳稱為數(shù)碼管的段選引腳，簡稱段選；而把w稱為位選引腳，簡稱位選。通過單片機讓數(shù)碼管顯示數(shù)字，就是通過編寫程序讓數(shù)碼管內(nèi)部相應(yīng)的數(shù)碼管發(fā)光。

數(shù)碼管根據(jù)內(nèi)部接法的不同又可分為共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管兩種，上圖中，數(shù)碼管所有的發(fā)光二極管的陰極接在一起，而陽極單獨引出，我們稱此數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管，而還有一種接法是把陽極接在一起，而陰單獨引出，這種數(shù)碼管則稱之為共陽極數(shù)碼管，具體在寫程序時應(yīng)考慮到的是哪一種數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管如圖４所示。

圖4 共陽極數(shù)碼管

這里需要注意的是，在驅(qū)動數(shù)碼管進行顯示時，數(shù)碼管內(nèi)部的發(fā)光二極管要正常工作大概需要5mA的電流，而單片機的I/O口通常不能提供如些大的電流，此時需要上位電阻或者專用的驅(qū)動芯片，如7HHC573等，實驗板上即采用的后者，后面會具體講到。　

因為實驗板上的數(shù)碼管相應(yīng)引腳在和單片機相連時用到了鎖存器，這里介紹一下鎖存器相關(guān)的一些知識。

鎖存器(Latch)是一種對脈沖電平敏感的存儲單元，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變和保持狀態(tài)，所謂鎖存，就是把信號暫存以維持某種電平狀態(tài)。實驗板上所用到的為74HC573,下面對其進行介紹。電路

74HC573為一種數(shù)字芯片，按其封裝的不同，分為直插和貼片的兩種，如圖6和圖7所示，

               圖6　直插式鎖存器，　　　　　　　圖7　貼片式鎖存器，

下面先介紹下74HC573的各個引腳功能和真值表，如圖8所示，OE為輸出使能端（低電平有效），也就是要使該芯片工作，此腳必須為低電平；1D－8D為數(shù)據(jù)輸入端；1Q－8Q為數(shù)據(jù)輸出端；LE為輸出控制端。

　　

              圖8　74HC573引腳圖　　　　　　　圖9　74HC573真值表

圖9為74HC573的真值表，真值表可以直觀的表示數(shù)字芯片的工作特性，也就是要正確的使用數(shù)字芯片，必須學會看真值表。在圖9中，L表示低電平，H表示高電平，X表示任意電平，Z表示高阻態(tài)，即，可以為高電平，也可以為低電平，高或低由與它相連的其它電氣狀態(tài)決定；Q0表示上一次電平狀態(tài)。

由圖9真值表可以看出，當OE為高電平時，無論控制端ＬＥ和數(shù)據(jù)端為什么電平，輸出Q都為高阻態(tài)，也就是電平未知，此時鎖存器處于不可控的狀態(tài)，而我們使用該芯片肯定是要控制它以完成相應(yīng)的功能，所以實驗板上兩塊芯片在硬件上均直接接地，相當于直接給低電平。

當OE為低電平時，LE為高時，D和Q同時為H或L；LE為低時，無論D為何種狀態(tài)，Q都保持上一次的數(shù)據(jù)狀態(tài)。也就是說LE為高電平時，Q端的數(shù)據(jù)隨D端數(shù)據(jù)變化而變化，LE為低電平時，Q端的數(shù)據(jù)保持為ＬＥ端由高電平變?yōu)榈碗娖街�前Q端的數(shù)據(jù)狀態(tài)。

在使用時，我們一般把LE端接單片機的一個引腳，而把數(shù)據(jù)輸入端D接單片機的8個引腳，此時我們就可以通過單片機控制ＬＥ端電平的高低和數(shù)據(jù)端的電平狀態(tài)來決定鎖存器數(shù)據(jù)輸出端的輸出狀態(tài)。

講到這里，相信大家已經(jīng)對74HC573基本了解了，鎖存器的作用很多，在實驗板上主要起到兩個作用，一個就是解決驅(qū)動問題，這一點前面已經(jīng)說過，單片機I/O口輸出的電流太小，不足以驅(qū)動數(shù)碼管，此時就可以利用鎖鎖器來實現(xiàn)；再一個就是節(jié)約單片機的I/O口，這一點后面會解釋到。

２數(shù)碼管靜態(tài)顯示

明白了顯示原理后，我們就可以對數(shù)碼管進行操作了，讓我們先看看一下實驗板的原理圖。

 

實驗板上的數(shù)碼管為兩個3位一體的數(shù)碼管，共同組成一個6位8段共陽極數(shù)碼管，

相同段的發(fā)光二極管陰極全部接在一起，引出8個引腳abcdefgdp，分別接到鎖存器的數(shù)據(jù)輸出口，而鎖存器74hc573的數(shù)據(jù)輸入口直接接到單片機P1口的8信引腳，注意此時P0口同時接了10K的上拉電阻；每一位數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管陽極接在一起，然后分別引出6個腳w1w2w3w4w5w6，并能過鎖存器74hc573接到了單片機P1口的6個腳。兩個鎖存器的鎖存端分別與單片機的P2^6和P2^7相連。

也就是這六位數(shù)碼管“段選”全部連在一起，而“位選”是可以獨立控制的，我們可通過控制位選信號而選擇讓哪幾個數(shù)碼管發(fā)光，具體顯示的內(nèi)容可以通過段選信號進行，但由于所有段選是全部連在一起的，送入所在數(shù)碼管的段選信號必定相同，所以位選選通的數(shù)碼管上顯示的數(shù)字始終一樣，數(shù)碼管的這種顯示方式稱為靜態(tài)顯示。

下面我們就寫一個簡單的程序讓第一個數(shù)碼管顯示一個8字。先來分析如下：讓第一個數(shù)碼管顯示8字，那么別的數(shù)碼管的位選就要關(guān)閉，即只打開第一個數(shù)碼管的位選。在操作時，我從頭先給U2數(shù)碼管的鎖存端一個高電平，然后將數(shù)據(jù)從單片機的口P0直接送出到鎖存器的U2的數(shù)據(jù)輸出端，然后再關(guān)閉U2鎖存器。由于實驗板上的數(shù)碼管為共陽極，所以位選選通時為高電平，位選關(guān)閉時為低電平。即只有W1端對應(yīng)的數(shù)據(jù)為1，其它的都為0，因此P0口呆輸出的數(shù)據(jù)0x01;(二進制為0000 0001)。位選確定后，再確定段選，要顯示8，那么只有h段為0，其余段為1，所以用操作U2的方法一樣操作U1,讓U1數(shù)據(jù)輸出端輸出0x7f(二進制為0111 1111)

程序：單片機顯示8

#include<reg52.h>

 

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

 

sbit duan=P2^6;

sbit wei=P2^7;

 

void main()//第一個數(shù)碼管顯示8

{

       while(1)

       {

              duan=1;

              P0=0x7f;

              duan=0;

      

              wei=1;

              P0=0xfe;

              wei=0;

              while(1);

       }

}

下面先下載到實驗板上看現(xiàn)象。

通過上面的現(xiàn)象我們實現(xiàn)了數(shù)碼管靜態(tài)顯示的功能，這里大家家可能已經(jīng)知道，程序中段用了單片機的8個引腳，而位用到了單片機的6個引腳，按理說我們一共需要14個引腳，而因為鎖存器的原因，實際上我們只用到了P1口8個腳就實現(xiàn)了，這就是上面講的鎖存器的第二個作用，使用鎖存器可以達到節(jié)約單片機的I/O口的作用。