项目六 数码管显示原理

1、项目六 数码管显示原理学习目的：1. 介绍STC89C51的数码管显示的原理；2. 掌握单个数码管静态显示的原理；3. 熟悉四位一体数码管动态显示的原理；4. 掌握单片机数码管显示的C51程序编程。常用的LED显示器有LED状态显示器（俗称发光二极管）、LED七段显示器（俗称数码管）和LED十六段显示器。发光二极管可显示两种状态，用于系统状态显示；数码管用于数字显示；LED十六段显示器用于字符显示。一、数码管简介1数码管的结构数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“.”。数码管的外形结构如下图所示。

2、数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。常用的LED显示器为8段（或7段，8段比7段多了一个小数点“dp”段）。有共阳极和共阴极两种其结构如下图所示：图6-1 数码管结构图2数码管工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。通常，公共阴极接低电平

3、（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。3数码管字形编码要使数码管显示出相应的数字或字符，必须使段数据口输出相应的字形编码。字型码各位定义为：数据线D0与a字段对应，D1与b字段对应，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0”，共阳极数码管的字型编码应为：11000000

4、B（即C0H）；共阴极数码管的字型编码应为：00111111B（即3FH）。依此类推。下图为LED显示器的结构原理图。N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。 段码线控制显示的字型，位选线控制该显示位的亮或暗。静态显示和动态显示两种显示方式。图6-2 LED显示器的结构原理图二、静态显示接口静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。采用静态

5、显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用CPU时间少，编程简单，显示便于监测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。图6-3 4位静态数码显示电路上图中各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。 每位的段码线（adp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。显示的亮度高。该电路各位可独立显示。三、动态显示接口动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的I/O

6、口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码。依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符。虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。图6-4 4位动态数码显示电路上图所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O 口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。图6-4为4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一个8位I/O口，而位选线占用一个4位

7、I/O口。采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。四、定时/计数器应用程序举例1.在四位一体数码管个位上上显示数字1。（1）硬件原理图本教材配套开发板中，数码管的段选控制信号由连接器J15分别接到单片机P0.0P0.7，位选控制信号由连接器J16分别接到单片机P2.0P2.3。四个三极管对位选信号进行驱动，位选控制信号为低电平时，相应的数码管被选中。具体的原理图如图6-5所示。 图6-5 四位一体数码管原理图（2）程序流程图 具体程序流程图见图6-6所示。（3）软件代码#includ

8、e<reg52.h>void main()P2=0xfe; /选中个位P0=0xf9;/1while(1);2.在四位一体数码管各位依次显示0F,间隔时间为1秒。（1）硬件原理图 具体原理图参见图6-5。（2）程序流程图 具体程序流程图见图6-7所示。（3）软件代码#include<reg52.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned intuchar data smg=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,

9、0x86,0x8e;void delay(uint t)/0.2ms * t供参考uchar time;dotime=100;while(-time);while(-t);void cycle()uchar i;P2=0xfe;while(1)for(i=0;i<16;i+)P0=smgi;delay(5000);void main()cycle();3.在四位一体数码管上动态显示8952。（1）硬件原理图 具体原理图参见图6-5。（2）程序流程图 具体程序流程图见图6-8所示。（3）软件代码#include<reg52.h>#define uchar unsigned ch

10、aruchar data smgd=0x80,0x90,0x92,0xa4; /8952uchar data smgw=0xf7,0xfb,0xfd,0xfe; /位void delay(uchar t) /0.2ms * t 供参考uchar time;dotime=100;while(-time);while(-t);void show()uchar i;while(1)for(i=0;i<4;i+)P0=0xff;/消影P2=smgwi; /位P0=smgdi; /段delay(21);void main()show();五、实训1.实训目的进一步了解掌握四位一体数码管显示的静态显

11、示方式，掌握编程方法，能够熟练编写相关控制程序。2.实训内容（1）定时器报警器设计（定时器T1定时，数码管显示20秒倒计时，时间为0时触发蜂鸣器鸣叫）。（2）四位一体数码管四个位同时显示0F，时间间隔为1秒，利用定时器定时。（3）四位显示（分+秒）的数字时钟。3.实训步骤1）用Keil51编写代码，调试、编译后生成.hex文件。2）将开发板上连接器J3、J15、J16用跳线帽连接。3）利用STC-ISP下载软件，将.hex文件下载到单片机ROM中。4.软件代码实训（1）软件代码：#include<reg52.h>#define uchar unsigned charsbit P21

12、=P21;sbit P20=P20;sbit wave=P34; #define thr P0=0xff;P21=0;P20=1; / 宏定义函数#define fouP0=0xff;P21=1;P20=0;uchar x=20;uchar t=0;uchar data smg10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;void delay(uchar t) / t * 0.2 ms参考uchar time;dotime=100;while(-time);while(-t); void init() / 初始化 TMOD=0x01;

13、TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;void show()/ 显示if(x/10)/ 高位灭零thrP0=smgx/10;delay(21);fouP0=smgx%10;delay(21);void fire() / 报警程序wave=0;while(1); / 程序终止void cycle()while(1)if(t/20) /1st=0;x-;if(x=0)P0=0xc0;/ 显示 0fire(); / 20秒到了，调用报警程序show();void main()init();cycle();void z

14、d()interrupt 1t+;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;实训（2）软件代码：#include<reg52.h>#define uchar unsigned charuchar x=0;uchar data smg16=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;void init()TMOD=0x10;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;EA=1;ET

15、1=1;TR1=1;void wx() /四位同时显示 P2=0xf0;void cycle()uchar i=0;while(1)if(x/20)/定时达到1sP0=smgi;x=0;i+;if(i=16)i=0;void main()init();wx();cycle();void zd()interrupt 3x+;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;实训（3）软件代码：#include<reg52.h>#define uchar unsigned charsbit P23=P23;sbit P22=P22;sbit P21

16、=P21;sbit P20=P20;#define one P0=0xff;P23=0;P22=1;P21=1;P20=1; / 宏定义函数#define two P0=0xff;P23=1;P22=0;P21=1;P20=1;#define thr P0=0xff;P23=1;P22=1;P21=0;P20=1;#define fou P0=0xff;P23=1;P22=1;P21=1;P20=0;uchar m=0,s=0,x=0;/ 初值为零uchar data smg10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;void delay(uchar t)/ 0.2ms * t 参考uchar time;dotime=100;while(-time);while(-t);void init() /初始化TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;void show() /显示oneP0=smgm/10;delay(21);twoP0=smgm%10;delay(21);thrP0=smgs/10;delay(2