基于单片机控制的数码管驱动电路

1、有不同的亮度基于单片机控制的数码管驱动电路天津塘沽中等专业学校于德颖摘要：在单片机控制系统中，数码管作为显示器 件得到了广泛的应用，本文介绍使用静态和动态两种 方法控制多个数码管或数码管模块的驱动电路，利用 人类的视觉暂留现象，快速扫描的驱动方式，使用一 组驱动电路达到显示多个数码管的目的。通过对驱动 电路的分析，我们可以根据需要快速搭建硬件控制电 路，实现数码管的显示需求。关键词：数码管；静态显示；动态显示通常所说的数码管是由8个发光二极管组 成。如图1所示，其中ag段用于显示数字、 字符的笔画，dp显示小数点，而3、8引脚连接， 作为公共端。这种数码管价格低廉，配置灵活， 与单片机接口简单

2、，在作数字显示时是一种经 济实用的方法。根据com端连接电源极性的不同，可分为 共阴极与共阳极两种LED数码管。这里我们只 分析com端连接到+Vcc的共阳极数码管。由于LED数码管为电流型器件，其工作电 流一般在520mA，为了获得良好的发光效果， 我们控制工作电流在1015mA较为合理。使用 时把共阳极8段LED的com脚接+Vcc，然后将 每一只阴极引脚各接一个 200330欧电阻，电阻值越大，亮度越弱，电阻越小，电流越大， 亮度也越大。这里需要注意的是，不能只在com 脚接一个限流电阻，否则显示不同数字时将会图1共阳极7段LED数码管 图2使用7447译码器的数码管驱动电路在单片机系统

3、中，如要使LED正常显示数 字与字符，不能直接将数字送到 LED显示器， 而是将要显示的数字译码。译码分为硬件译码 与软件译码两种，硬件译码就是将BCD码转换 成7段LED数码管的显示字模并送到 LED数 码管的ag，如图2所示。而软件译码，通常采 用查表法查到相应的显示字模再送到 LED显示 器显示。下面我们分析软件译码的驱动电路。若a连接8051输出端口的最低位（LSB）， dp连接8051输出端口的最高位（MSB），且希望 小数点不亮，则0至9的驱动信号如表1所示表1数字16进位数字16进位00xc050x9210xf960x8320xa470xf830xb080x8040x9990x9

4、8、数码管静态显示所谓静态显示，就是当显示某一个字符时， 相应的发光二极管恒定地导通或截止。使用静 态显示时，需要在每一个数码管上添加一个锁 存器，当需要某个数码管显示其他内容时，只 需要修改与其相连的锁存器的值即可。当数码 管处于静态显示方式时，所有位选线（数码管的 公共端）连接在一起，而各个数码管的段选线（数 码管上各笔段的引出线）是相互分离的。图3数码管静态显示电路如图3所示，我们可以利用移位寄存器， 在移位脉冲的作用下将串行信号转换为并行， 当全部数据都移至移位寄存器后，锁存信号将 移位寄存器中的内容锁到锁存器中，并通过驱 动电路驱动发光二极管。在移位过程中锁存器 锁存内容不变，数码管

5、显示上一次输出数据。静态显示的优点是数码管显示无闪烁，亮 度高，与单片机之间的连接比较简单，例如上 图中使用串行转并行芯片 74LS164N作为数码 管的驱动，软件控制比较容易。缺点是需要的 硬件电路较多（每一个数码管都需要一个锁存 器），同时由于所有数码管都处于被点亮状态， 所以需要的电流很大，当数码管的数量增多时， 对电源的要求也就随之增高。所以在大部分硬 件电路设计中，很少采用静态显示方式。二、数码管动态显示所谓动态显示，是指无论在任何时刻只有 一个数码管处于显示状态，每个数码管轮流显 示。其接口电路把所有显示器的8个笔划段ah 同名端连在一起，而每一个显示器的公共极com 各自独立地受

6、I/O线控制。CPU向字段输出口 送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形 码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于com端， 而这一端是由I/O控制的，由单片机决定何时显 示哪一位。要使各位显示出不同的字符，必须 采用扫描的方法。当数码管为四个时，为了不 产生闪烁现象，扫描周期应在16ms内完成。为 了提高亮度，在设计电路时，可以适当降低限 流电阻值。如图4所示，我们利用SN74LS47N进行硬 件译码，将单片机 P1.4P1.7送入的BCD码转 换为显示字模送到数码管的ag，在数码管的驱 动方面使用了 SN74LS139N的译码输出驱动三 极管进行数码的位选。图4数码码动态显示电路动态显示的优点

7、是硬件电路简单，由于每 个时刻只有一个数码管被点亮，所以数码管消 耗的电流较小；缺点是数码管亮度不如静态显 示时的亮度高，如果刷新率较低，会出现闪烁 现象；如果数码管直接与单片机连接，软件控 制上会比较麻烦。三、使用专用芯片的动态显示在动态显示时，如果将数码管直接与单片 机连接除了硬件电路简单外，似乎并没有太多 的优点。但是我们选用专用的数码管显示驱动 芯片时，其优点就显现出来了。目前常风的数 码管显示芯片有 8279、MAX7219、HD7279、 CH451等，这些芯片的主要特点是：数码管的 显示全都采用动态扫描的方式，可以连接8个数码管，控制方式都比较简单。从性能价格来看，CH451是一

8、个整合了数 码管显示驱动和键盘扫描控制以及 uP监控的多 功能外围芯片。内置RC振荡电路，可以动态驱 动8位数码管，具有BCD译码、闪烁、移位等 功能。CH451内置大电流驱动级，段电流不小于25mA，字电流不小于150mA。可选数码管的段 与数据位相对应的不译码方式或者 BCD译码方 式。数码管的字数据可以左移、右移、左循环、 右循环，各数码管数字独立闪烁控制，通过占 空比设定提供16级亮度控制。支持段电流上限 调整，可以省去所有限流电阻。扫描极限控制， 支持18个数码管，只为有效数码管分配扫描 时间。CH451与数码管的连接电路图如图5所 示。图5使用CH451的数码管驱动电路在一般较为简

9、单的系统中，为了降低成本, 动态显示方案具备一定的实用性，也是目前单 片机数码管显示中较为常用的一种显示方法。四、动态显示电路的使用下面介绍一个实际使用的电路，这里显示单 元采用四位动态显示的7段LED数码管，为减 少编码时的不便，特对动态显示部分设计了简图6 四位LED动态显示单元在本单元中，LED采用四位共阳联体数码 管，利用芯片74LS47对BCD码进行译码并驱 动数码管的相应段，锁存器的低四位即Q0-Q3分别接到74LS47的BCD码输入端；利用芯片 74LS139的译码输出驱动PNP三极管Q1-Q4进 行数码管的位选，74LS139的输入与锁存器的 Q4、Q5相连，由图中可以看出数码

10、管的小数点 段由锁存器74LS273最高位输出控制。锁存器 输入端与单片机数据总线即P0 口相连；锁存器74LS273的CLK信号由CSO和 WR信号配合控 制有效。由此分析可知，要在某一位上显示数 值，只需向锁存器74LS273写入一个相应的字 节即可，所写入字节的定义如表 2所示，而动 态显示单元的地址范围即 CSO=OOOOH-仆FFH。表2 :动态显示输出字节定义字节7654321O意义小数点/位选待显示数字以上分析了使用单片机控制数码管的几个 驱动电路。在实际使用中，我们可以根据实际 条件和需要，有选择地使用其中的一种方法达 到设计者的设计要求。参考文献：1 张义和.例说51单片机（C语言版）北京：人民邮 电出版社，2OO9.2 楼然苗，李光飞.51系列单