3.3　數碼管模塊的顯示

課件　數碼管模塊的顯示

視頻　數碼管模塊的顯示

當有多個數碼管需要聯合顯示時，采用分別驅動七段數碼管的方法，效率較低，并且會占用寶貴的端口。為此可以采用數碼管模塊方式，在節省端口的前提下，實現更多內容的顯示。

1.數碼管模塊的內部結構與點亮原理

數碼管模塊就是將多個分立的同類數碼管組合在一起構成的。其組合方法是將模塊中每個數碼管里相同名稱的段選引腳（a、b、c、d、e、f、g、dp）按相同名稱并聯后再與各個數碼管的公共引腳分別引出，如圖3-10所示。其顯示的原理是通過給段選引腳送入數字編碼確定顯示內容，再控制公共引腳來決定一個或幾個數碼管點亮。數碼管模塊也分為共陰極和共陽極兩種。共陰極數碼管模塊其內部的數碼管均為共陰型，同理，共陽極數碼管模塊其內部的數碼管均為共陽型。

決定數碼管顯示內容的字節編碼稱為段選碼。數碼管模塊中每一個數碼管都有一個公共極（共陰/共陽），通過改變公共極的值，可以管控某個數碼管的電路導通并點亮。將數碼管的所有公共極的狀態組合在一起構成的編碼就稱為位選碼。顯然由位選碼可以決定模塊中哪一個數碼管點亮；由段選碼決定點亮的數碼管顯示什么內容。因此，當需要數碼管模塊中某一個數字點亮時，只需要做兩件事情：

（1）確定段選碼，即欲顯示的數字編碼；

（2）指定位選碼，即設定欲點亮的數碼管位置。

【課堂練習】讓含有4個數碼管（共陰極）的模塊中第二個數碼管點亮并顯示數字7。

【分析】共陰極數碼管要顯示數字7，查表3-2可知其段選碼為0000111，即07H，可以將數碼管模塊對應的引腳接到單片機的P0口的各個引腳上。要讓第二個數碼管點亮，就是要使第二個數碼管的位選為打開狀態?？紤]到是共陰極數碼管，所以設為低電平就可以點亮該數碼管，其他數碼管的公共極連接為高電平。按照上面的分析，將這4個引腳分別接到P2口的高4位引腳上，則對應的位選碼應為11010000，即D0H。（位選碼接在P2口上，低4位未用故為0，高4位中，第二個數碼管的引腳與P2.5相連，故此位為0，其余各位均為1，所以位選碼為11010000。）

其電路連接情況如圖3-11所示。

根據電路原理圖，可編寫驅動程序如下：

將上述程序編譯后，寫入單片機內，進行仿真運行，看到第二個數碼管點亮了。

觀察上面程序，請思考，如果將第12條語句放在第6條語句前面，行不行？會產生怎么樣的結果？為什么會產生這樣的結果？

2.鎖存器與動態顯示

課件　數碼管的動態顯示

視頻　數碼管的動態顯示

在上面例子中，控制這個數碼管模塊需要使用兩個并行接口。通過前面的介紹可知，除了P1口外，其他3個并行接口都在擔負著其他作用，如果為了顯示數碼管的內容而將端口全都占用了，顯然得不償失。應當用最少的并行接口來盡可能多地顯示一些內容，這就需要一個并行接口來承擔更多的“角色”，這個想法可以借助于鎖存器來實現。

常用的鎖存器有74LS273、74LS373、74LS374以及74LS573等。所謂鎖存，就是把信號暫存以維持某種電平狀態。鎖存器的最主要作用是緩存，同時也能增加驅動的能力。下面以74LS373為例說明其工作原理。74LS373的結構如圖3-12所示。

74LS373的D端為輸入端（1D～8D可以接到單片機的某一并口的各個引腳上），Q端為輸出端（1Q～8Q分別對應1D～8D的輸入）。當引腳為低電平時，才能輸出；如果為高電平，則Q端輸出為高阻狀態。當鎖存器的允許端LE為高電平時，Q端的輸出與D端的輸入相同；當LE為低電平時，鎖存器內容不變，Q端的輸出內容為原來D端的內容，并不再隨D端變化而變化。

依據鎖存器可以暫存的工作原理，將P1口分別與兩個鎖存器的D端相連，通過控制這兩個鎖存器的、LE來決定當前P1口的輸出鎖存到哪里，這樣1個并口就相當于2個并口了。然后再將數碼管模塊的段選碼與位選碼分別與這2個鎖存器Q端相連。這樣一來，用1個并口也可實現4個數碼管的點亮。

如果要使4個分離的數碼管同時都點亮并顯示不同的數字內容，可以使用多個鎖存器。每一個鎖存器負責點亮一個數碼管，各個數碼管的位選線連接在一起，然后通過對鎖存器輸出的調整來實現顯示不同的內容，這就是數碼管的靜態顯示方法（指數碼管點亮時，對應數碼筆畫的二極管處于恒定的導通或截止狀態）。靜態顯示方法數字顯示清晰，沒有閃爍，軟件控制比較簡單，但需要的硬件較多，因為每個數碼管的段選線都得分別控制，而且多個數碼管同時點亮，所需的電流也比較大。所以，在位數較多的時候，通常不采用靜態顯示方法。

數碼管模塊的動態顯示方法，就是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點亮。這種方法充分利用了發光二極管的“輝光效應”，給人感覺好像所有數碼管都點亮了。利用動態顯示方法時，所有數碼管的段選線都連接在一起，但位選線是分離的，通過控制位選線的變化，可快速點亮刷新。這種方法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），這樣既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。這個刷新周期通常利用自定義的延時函數或中斷的方法來實現。如圖3-13所示，就是采用動態顯示方法實現的全部數碼管點亮。

【課堂練習】對照圖3-13，編寫驅動程序，使共陰極數碼管模塊動態顯示“2020”字樣。

【分析】通過前面的介紹可知，數碼管顯示數字的內容取決于段選碼。這里需要顯示2020這4個數字，查表3-2找到指定的段選碼，按先后順序分別為0x5b、0x3f、0x5b、0x3f。動態顯示時就是使2、0、2、0這4個數字不斷地分別顯示，根據它們顯示的順序寫出位選碼。因為只有4個位選碼，使用并口時只需接在高4位即可，低4位為0，則位選碼依次為11100000（即0xe0）、11010000（即0xd0）、10110000（即0xb0）、01110000（即0x70）。

確定了段選碼和位選碼，剩下的就是在程序中控制它們成對依次出現即可。如果每一個編碼都需要用一個變量來指定，則變量較多，程序寫起來也比較凌亂、可讀性差、效率不高。可以采用數組的方式來保存段選碼和位選碼，并利用兩個數組下標的同步變化，實現段選碼和位選碼的同步變化。

定義段選碼、位選碼數組分別為：

接著再動態控制兩個鎖存器的LE端就能實現將P1輸出的數據分別作為段選碼和位選碼了。參考程序如下：

上述實現數碼管模塊動態顯示的代碼具有很強的規律性，可以看到循環中始終在做4件事情：（1）消影（避免顯示亂碼）；（2）送段選碼（確定顯示內容）；（3）送位選碼（確定顯示位置）；（4）延時（確定刷新頻率，顯示穩定不抖動）。請讀者舉一反三，不斷加以熟悉，實現更多復雜內容的動態顯示。