項目原理與內容

1.數碼管的工作原理

數碼管也叫七段數碼管、八段數據管，它是由八個發光二極管組成，其中七個長條形的發光二極管排列成中文“日”字形狀，另一個小圓點在右下角作為小數點使用。其結構示意見圖3-1所示。這種組合可以顯示0～9十個數字以及部分英文字母。

七段數碼管有共陰極和共陽極兩種類型。共陰極數碼管中各發光二極管的陰極共地，當某個發光二極管的陽極為高電平時，該發光管點亮。共陽極數碼管正好與之相反，是所有陽極接在一起，當某個發光二極管的陰極為低電平時，該發光管點亮。其內部電路原理如圖3-2所示。

使用七段數碼管時，只需要將單片機的一個并行口與數碼管的8個引腳相連即可。8位并行口輸出不同的字節數據會使數碼管呈現出不同的顯示狀態。通常將控制數碼管顯示內容的8位字節數據稱為段選碼。不同的段選碼對應不同的數碼顯示。共陽極與共陰極的段選碼正好互補，見表3-1。

除了單個的數碼管以外，還有一種多個數碼管連在一起（abcdefg以及dp端分別連接在一起，公共端分別控制）的叫作數碼管模塊，如圖3-3所示。數碼管模塊在日常生活中應用較多，其顯示原理與單個數碼管的原理相同，仍然通過abcdefg及dp引腳控制數碼管的顯示內容，而哪一個數碼管的公共端被選通則對應的數碼管點亮。這里面將決定數碼管顯示內容的abcdefg及dp引腳的控制信號稱為段選碼，段選碼決定顯示內容。而將各個數碼管的公共端的選通信號稱為位選碼，位選碼決定了哪一個數碼管顯示。

2.數碼管的動態顯示和靜態顯示

所謂數碼管的靜態顯示就是指內固定的端口輸出段選碼，另一個端口固定地輸出位選碼，即每一個數碼管的段選與位選均由不同的端口控制。靜態方式下數碼管顯示明亮穩定，編程控制簡單。但是如果顯示的數碼管較多，則需要控制的端口和硬件數量也較多、成本過高是其主要缺點。

另一種顯示方式是動態顯示，動態顯示時只需要使用一個固定的端口，通過鎖存器等器件就可以實現端口的分時復用，極大地節省了硬件開銷，是常用的數碼管顯示方式。這種方式下硬件使用較少，但程序設計相對復雜。本實驗板上的數碼管模塊即為動態顯示。其模塊連接及工作原理如圖3-3所示。

實驗板上數碼管的動態顯示原理：本實驗板上共有8個數碼管，借助兩個鎖存器使P0端口分時輸出段選碼和位選碼。這兩個鎖存器是U8和U9，其中U8為段選控制由P10引腳控制其開關，U9為位選控制由P11引腳控制其開關。如果要使某個數碼管顯示，必然要經過這樣四個步驟：

①由P0口給出段選碼。

②由P10引腳控制打開U8，使A0～A7的狀態與P0口的八個引腳一致，然后關閉U8，使之進入鎖存狀態，即切斷了與P0的聯系，但輸出端保持剛才的狀態不變。

③由P0口給出位選碼。

④由P11引腳控制打開U9，使A0～A7的狀態與P0口的八個引腳一致，然后關閉U9，使之進入到鎖存狀態，即切斷了與P0的聯系，但輸出端保持剛才的狀態不變。

如此反復運行，就可以實現數字的動態顯示了。

從以上分析可以看出，數碼管模塊的動態顯示就是利用了發光二極管的“輝光效應”，通過動態地改變段選碼和位選碼，使每個數碼管按一定的頻率輪流顯示，給人一種數碼管都點亮了的錯覺。

數碼管進行動態顯示時，所有數碼管的段選線都連接在一起而位選線分離，通過控制位選線的變化，快速點亮刷新。因為所有的段選線都連在一起，硬件電路相對比較簡單，且同一時刻只有一個數碼管在點亮，所需電流也較小。但是刷新的頻率如果較慢，就會出現數碼管的閃爍現象。所以在動態顯示中，數碼管的刷新周期要注意不要太短。一般的數碼管刷新周期應控制在5～10ms（即刷新頻率為100～200Hz），這樣即保證了數碼管每次刷新都被完全點亮，又不會產生閃爍現象。

實驗要求與步驟：

（1）實驗要求

本實驗項目包含三個子項目，由易到難的各子項目中數碼管的不同顯示方式。

①使實驗板最右側數碼管顯示數字5，且靜止不動。

②使實驗板最右側的數碼管依次顯示數字1～8。要求數碼閃爍，周而復始。

③使用動態顯示方法使全部數碼管顯示數字20142015，且保持穩定顯示。

（2）實驗步驟

①分析電路原理圖，從圖中掌握數碼管的極性、連接方式，知曉其控制方法。

通過查閱實驗板說明書，掌握所用數碼管的極性，確定是共陰還是共陽。接著研究其連接方式和控制方法。從前面的原理分析，我們已經知道數碼管的控制主要由U8和U9兩個鎖存器控制。其中P10控制鎖存器U8，P11控制鎖存器U9。數碼管的內容及控制信息完全由P0口送出。依據以上分析：

送段選碼的方法為：

_______________________

_______________________

_______________________

送位選碼的方法為：

_______________________

_______________________

_______________________

②數碼管的消隱處理。在動態顯示時，由于刷新頻率較高，可能會產生數碼管顯示內容亂碼現象。處理亂碼現象主要通過消隱方式解決。所謂的消隱，就是在數碼管顯示新數字前，先將數碼管清空一下，然后再顯示。與送出段選碼、位選碼的方法一樣，在打開鎖存器的控制后，由P0口送出一個代碼，將全部數碼管關閉。

數碼管的消隱方法為：

_______________________

_______________________

_______________________

③數組的運用。要實現動態顯示過程，需將要顯示的段選碼和位選碼以數組方式預先準備好。顯示時通過循環依次讀取數組內容并送至數碼管。

本實驗板的數碼管為共陰極管。寫出數碼管動態顯示“20152015”時的段選碼：

unsigned char code tab[ ]={______，______，______，______}；　//2015的共陰碼

④編寫代碼。

⑤向實驗板燒錄代碼。

⑥觀察程序運行效果，反復調試，直至達到預期實驗目標。