3.3　数码管模块的显示

课件　数码管模块的显示

视频　数码管模块的显示

当有多个数码管需要联合显示时，采用分别驱动七段数码管的方法，效率较低，并且会占用宝贵的端口。为此可以采用数码管模块方式，在节省端口的前提下，实现更多内容的显示。

1.数码管模块的内部结构与点亮原理

数码管模块就是将多个分立的同类数码管组合在一起构成的。其组合方法是将模块中每个数码管里相同名称的段选引脚（a、b、c、d、e、f、g、dp）按相同名称并联后再与各个数码管的公共引脚分别引出，如图3-10所示。其显示的原理是通过给段选引脚送入数字编码确定显示内容，再控制公共引脚来决定一个或几个数码管点亮。数码管模块也分为共阴极和共阳极两种。共阴极数码管模块其内部的数码管均为共阴型，同理，共阳极数码管模块其内部的数码管均为共阳型。

决定数码管显示内容的字节编码称为段选码。数码管模块中每一个数码管都有一个公共极（共阴/共阳），通过改变公共极的值，可以管控某个数码管的电路导通并点亮。将数码管的所有公共极的状态组合在一起构成的编码就称为位选码。显然由位选码可以决定模块中哪一个数码管点亮；由段选码决定点亮的数码管显示什么内容。因此，当需要数码管模块中某一个数字点亮时，只需要做两件事情：

（1）确定段选码，即欲显示的数字编码；

（2）指定位选码，即设定欲点亮的数码管位置。

【课堂练习】让含有4个数码管（共阴极）的模块中第二个数码管点亮并显示数字7。

【分析】共阴极数码管要显示数字7，查表3-2可知其段选码为0000111，即07H，可以将数码管模块对应的引脚接到单片机的P0口的各个引脚上。要让第二个数码管点亮，就是要使第二个数码管的位选为打开状态。考虑到是共阴极数码管，所以设为低电平就可以点亮该数码管，其他数码管的公共极连接为高电平。按照上面的分析，将这4个引脚分别接到P2口的高4位引脚上，则对应的位选码应为11010000，即D0H。（位选码接在P2口上，低4位未用故为0，高4位中，第二个数码管的引脚与P2.5相连，故此位为0，其余各位均为1，所以位选码为11010000。）

其电路连接情况如图3-11所示。

根据电路原理图，可编写驱动程序如下：

将上述程序编译后，写入单片机内，进行仿真运行，看到第二个数码管点亮了。

观察上面程序，请思考，如果将第12条语句放在第6条语句前面，行不行？会产生怎么样的结果？为什么会产生这样的结果？

2.锁存器与动态显示

课件　数码管的动态显示

视频　数码管的动态显示

在上面例子中，控制这个数码管模块需要使用两个并行接口。通过前面的介绍可知，除了P1口外，其他3个并行接口都在担负着其他作用，如果为了显示数码管的内容而将端口全都占用了，显然得不偿失。应当用最少的并行接口来尽可能多地显示一些内容，这就需要一个并行接口来承担更多的“角色”，这个想法可以借助于锁存器来实现。

常用的锁存器有74LS273、74LS373、74LS374以及74LS573等。所谓锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存，同时也能增加驱动的能力。下面以74LS373为例说明其工作原理。74LS373的结构如图3-12所示。

74LS373的D端为输入端（1D～8D可以接到单片机的某一并口的各个引脚上），Q端为输出端（1Q～8Q分别对应1D～8D的输入）。当引脚为低电平时，才能输出；如果为高电平，则Q端输出为高阻状态。当锁存器的允许端LE为高电平时，Q端的输出与D端的输入相同；当LE为低电平时，锁存器内容不变，Q端的输出内容为原来D端的内容，并不再随D端变化而变化。

依据锁存器可以暂存的工作原理，将P1口分别与两个锁存器的D端相连，通过控制这两个锁存器的、LE来决定当前P1口的输出锁存到哪里，这样1个并口就相当于2个并口了。然后再将数码管模块的段选码与位选码分别与这2个锁存器Q端相连。这样一来，用1个并口也可实现4个数码管的点亮。

如果要使4个分离的数码管同时都点亮并显示不同的数字内容，可以使用多个锁存器。每一个锁存器负责点亮一个数码管，各个数码管的位选线连接在一起，然后通过对锁存器输出的调整来实现显示不同的内容，这就是数码管的静态显示方法（指数码管点亮时，对应数码笔画的二极管处于恒定的导通或截止状态）。静态显示方法数字显示清晰，没有闪烁，软件控制比较简单，但需要的硬件较多，因为每个数码管的段选线都得分别控制，而且多个数码管同时点亮，所需的电流也比较大。所以，在位数较多的时候，通常不采用静态显示方法。

数码管模块的动态显示方法，就是通过动态地改变段选码和位选码，使每个数码管按一定的频率轮流点亮。这种方法充分利用了发光二极管的“辉光效应”，给人感觉好像所有数码管都点亮了。利用动态显示方法时，所有数码管的段选线都连接在一起，但位选线是分离的，通过控制位选线的变化，可快速点亮刷新。这种方法因为所有的段选线都连在一起，硬件电路相对比较简单，且同一时刻只有一个数码管在点亮，所需电流也较小。但是刷新的频率如果较慢，就会出现数码管的闪烁现象。所以，在动态显示中，数码管的刷新周期不要太短。一般的数码管刷新周期应控制在5～10ms（即刷新频率为100～200Hz），这样既保证了数码管每次刷新都被完全点亮，又不会产生闪烁现象。这个刷新周期通常利用自定义的延时函数或中断的方法来实现。如图3-13所示，就是采用动态显示方法实现的全部数码管点亮。

【课堂练习】对照图3-13，编写驱动程序，使共阴极数码管模块动态显示“2020”字样。

【分析】通过前面的介绍可知，数码管显示数字的内容取决于段选码。这里需要显示2020这4个数字，查表3-2找到指定的段选码，按先后顺序分别为0x5b、0x3f、0x5b、0x3f。动态显示时就是使2、0、2、0这4个数字不断地分别显示，根据它们显示的顺序写出位选码。因为只有4个位选码，使用并口时只需接在高4位即可，低4位为0，则位选码依次为11100000（即0xe0）、11010000（即0xd0）、10110000（即0xb0）、01110000（即0x70）。

确定了段选码和位选码，剩下的就是在程序中控制它们成对依次出现即可。如果每一个编码都需要用一个变量来指定，则变量较多，程序写起来也比较凌乱、可读性差、效率不高。可以采用数组的方式来保存段选码和位选码，并利用两个数组下标的同步变化，实现段选码和位选码的同步变化。

定义段选码、位选码数组分别为：

接着再动态控制两个锁存器的LE端就能实现将P1输出的数据分别作为段选码和位选码了。参考程序如下：

上述实现数码管模块动态显示的代码具有很强的规律性，可以看到循环中始终在做4件事情：（1）消影（避免显示乱码）；（2）送段选码（确定显示内容）；（3）送位选码（确定显示位置）；（4）延时（确定刷新频率，显示稳定不抖动）。请读者举一反三，不断加以熟悉，实现更多复杂内容的动态显示。