51单片机的自学之路（4）——静态数码管和动态数码管的显示实验
静态数码管的显示实验
数码管的简介
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，也称之为LED数码管。**按照发光二极管的单元连接方式，可以分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。共阳数码管在应用时，应该将公众极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就会被点亮。
对于共阴极数码管而言，在应用的时候应该将公共极COM接到地线GND上。当某一字段的发光二极管的阳极为高电平时，其相应的字段就会被点亮。
这里就举个例子说下如何去点亮，也就是去显示一些数字。
如上图当中，其实可以清楚看到共阴和共阳数码管的结构。对于共阳极而言，当我们要显示数字0的时候，只需要使“a，b，c，d，e，f”这几个二极管的阴极为低电平时，g和dp为高电平，就会显示出这个数字。
同理，对于共阴极数码管而言，如果想要显示数字0，只需要使“a，b，c，d，e，f”这几个二极管的阳极为高电平，g和dp为低电平就可以了。
下面附上共阴和共阳数码管的码表。这对于编程的时候，数码管显示什么内容可以说是至关重要的。
那么问题就来了：上图当中显示0为什么他的码表是0x3f呢？这其实就比较简单了。对于共阴数码管而言，要想显示数字，只需要使得该显示的二极管亮就可以了，也就是输入高电平就可以了，其余的输入低电平。
在之前的时候就提到过，如果要想显示0，必须要给a，b，c，d，e，f这几个二极管输入高电平，也就是说这几位全部都是1，而g和dp为0。那么结合在一起的话，就成了00111111，也就是十六进制数0x3f。
而共阳显示数字的原理和共阴差不多，并且由于输入电平之间的相反，还使得他们输入同一个数字的十六进制数是相反的，比如0x3f和0xC0。
这里需要注意的是：在计算十六进制数的时候，是将a段作为最低位来处理的，b为次低位，以此类推，dp为最高位，不要搞错，切记！
上图为静态数码管的硬件显示图。从图中可以看出，电路是独立的，静态数码管的八个引脚，并没有直接接到单片机的IO口上，而是接到了J8端子。这在连线的时候，就需要单片机的IO口去控制J8端子的输出，并且顺序不能错。至于中间的电阻，作用是限流用的。
下面是静态数码管显示0的程序：
#include<reg51.h> #include<intrins.h> typedef unsigned char u8; u8 code gh[1]={0xC0}; void main() { P0=gh[0]; while(1); }
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这个程序就比较简单了。我这边用的是共阳极的静态数码管，市面上比较常用的一种。所以在定义了一个无符号字符型的数组，并且这个数组里面也只有一个元素，那就是0xC0，也就是共阳极数码管0的十六进制数。
这里需要注意的是：因为数组的下标都是从0开始的，所以在给P0口赋值的时候，需要使用P0=gh[0]。这个时候的gh[0]=0xC0。切记这个点！
之后的话，我个人又做一个类似的实验，就是用共阳极的静态数码管去循环的显示0-F这16个数。下面分享下实验程序：
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
typedef unsigned char u8;
u8 code gh[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; // 这是共阴极数码管0-F的值，下面用的时候取反就ok
void delay1s(void) //误差 1s
{
unsigned char a,b,c;
for(c=167;c>0;c--)
for(b=171;b>0;b--)
for(a=16;a>0;a--);
_nop_(); //if Keil,require use intrins.h
}
void main()
{
unsigned char i;
for(i=0;i<17;i++)
{
P0=~gh[i];
delay1s();
}
}
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因为是要循环显示嘛，所以肯定是需要延时程序的，我这里用软件生成了1s的延时程序。后面的主程序当中，用了一个简单的for循环，作用就是循环的输出0-F这16个数。
动态数码管显示实验
动态数码管和静态数码管的直接区别就是：他们的公共端的状态，前者是独立的，后者是连接在一起的。
当多位一体时，它们内部的公共端是独立的，而负责显示什么数字的段线 全部是连接在一起的，独立的公共端可以控制多位一体中的哪一位数码管点亮， 而连接在一起的段线可以控制这个能点亮数码管亮什么数字，通常我们把公共端 叫做“位选线”，连接在一起的段线叫做“段选线”，有了这两个线后，通过单 片机及外部驱动电路就可以控制任意的数码管显示任意的数字了。
要想做好动态数码管的实验，就一定要熟悉和了解“位选线”和“段选线”的内容和区别，知道他们各自的作用是什么。前者是管理着那一个数码管亮，后者去管理这个亮的数码管显示什么内容，这样理解就很简单易懂。
数码管静态显示，也就是显示内容一样的时候，这是因为他们的“段选线”是连接在一起的。而动态显示，他们的“段选线”是分开的，利用位选线不同时选择通 断，改变段选数据来实现的。
并且必须要知道的是：人的肉眼正常情况下只能分辨变化超过 24ms 间隔的运动。 也就是说，在下一次点亮 0 这个数字的时间差不得大于 24ms。这也就要求了延时时间不得大于24ms。
而想要做好实验，还必须认识两种芯片，一个是 74HC245，其作用主要就是用于大屏显示，也就是段选线一般连接的地方。
而74HC138 芯片，这是一个可以通过少量的单片机IO口，就可以产生很多输出口的芯片，是一种三通道输入、八通道输出译码器。
对于前者可以不需要记太多。但是对于38译码器，我们必须要有足够的认识，因为在日常的生活当中，这种译码器是经常被运用的，毕竟占用单片机的IO口资源少，方便。
上图给出了38译码器的真值表（这个可以去记，但可以看我下面的小诀窍再记，毕竟看着都乱）。在真值表当中，一般是通过E1，E2和E3这三个使能信号和A0，A1，A2输入信号，去控制8个输出口那一个输出低电平，使得相应的数码管亮起来的。
而记这个真值表的诀窍如下：**A0、A1、A2 输入就相当于 3 位 2 进制数，A0 是 低位，A1 是次高位，A2 是高位。而 Y0-Y7 具体哪一个输出有效电平，就看输入 二进制对应的十进制数值。比如输入是 101（A2，A1，A0），其对应的十进制数 是 5，所以 Y5 输出有效电平（低电平）。
上图是动态数码管模块，从这个模块当中，我们可以清楚的看到：J1端子控制着八个共阴数码管，也就是我们之前提到的位选线。而J6端子，接上几个电阻，控制的是之前提到的段选线，也就是控制显示的内容。
再来看下非常重要的38译码器。输入端为J9控制的1,2和3，输出端是J10端子的8个端口。因为在我做的实验当中，把J10和J1进行了短接，所以这就使得J9端子成为了控制8个数码管谁亮的“位选线”。所以这里就用到了我们之前说的真值表，也就是A0，A1和A2。
连接好的硬件之后，接下来就是写实验程序了：
#include<reg51.h> #include<intrins.h> sbit gh1=P1^0; sbit gh2=P1^1; sbit gh3=P1^2; typedef unsigned char u8; u8 code gh[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; // 这是共阴极数码管0-F的值，下面用的时候取反就ok void delay20us(void) //误差 20us { unsigned char a,b; for(b=1;b>0;b--) for(a=7;a>0;a--); } void DigDisplay() { unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) { switch(i) {case(0): gh1=0;gh2=0;gh3=0;break;//跳出循环 case(1): gh1=1;gh2=0;gh3=0;break; case(2): gh1=0;gh2=1;gh3=0;break; case(3): gh1=1;gh2=1;gh3=0;break; case(4): gh1=0;gh2=0;gh3=1;break; case(5): gh1=1;gh2=0;gh3=1;break; case(6): gh1=0;gh2=1;gh3=1;break; case(7): gh1=1;gh2=1;gh3=1;break; } P0=gh[i]; delay20us(); P0=0x00; } } void main() { DigDisplay(); }- 1
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这个程序呢，其实也很好理解。和之前的静态数码管程序不同的是，就是中间多了switch case语句，而他的作用，主要就是为了选择“位选”，也就是选择那一个数码管亮。
而在这个实验当中，因为我个人把延时时间设置到了20ms，这使得显示的0-7个数字在一直不停的循环点亮跳动，若隐若现的感觉，有点意思。
而在这个实验做完之后，我另外做了两个实验。一个是在八个数码管上显示1314-520。
实验程序如下：
#include<reg51.h>
typedef unsigned char u8;
u8 code gh3[17]={0x06,0x4f,0x06,0x66,0x40,0x6d,0x5b,0x3f, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};// 显示共阴数码管0-F的值。
sbit gh=P1^0;
sbit gh1=P1^1;
sbit gh2=P1^2; //对三个位选进行定义位变量，之后用变量名替代三个IO口。
void delay10us() //误差 0us
{
unsigned char a,b;
for(b=1;b>0;b--)
for(a=2;a>0;a--);
}
void DigDisplay() //动态扫描函数，目的就是循环扫描八个数码管的显示。
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
switch(i)
{
case(0):
gh=0;gh1=0;gh2=0;break;// 显示第0位，同时跳出循环。
case(1):
gh=1;gh1=0;gh2=0;break;// 显示第1位。
case(2):
gh=0;gh1=1;gh2=0;break;
case(3):
gh=1;gh1=1;gh2=0;break;
case(4):
gh=0;gh1=0;gh2=1;break;
case(5):
gh=1;gh1=0;gh2=1;break;
case(6):
gh=0;gh1=1;gh2=1;break;
case(7):
gh=1;gh1=1;gh2=1;break;
}
P2=gh3[i];
delay10us();
P2=0x00;
}//数组下标是从0开始的啊！
}
void main()
{
DigDisplay();
}
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这个其实上第一个没啥太大区别，无非就是段选的内容进行了变化。这里需要注意的是：这几个数字之间，“-”所使用的十六进制数，也就是0x40的由来。
在静态数码管当中，想要显示“-”，那肯定是需要让某一个led的阳极接高电平的（因为这里用的是八个共阴数码管）。而在看了数码管的结构之后，自然就可以得出g=1的结论，也就是0100 0000，这里的高地位要分清楚，dp和g在高位和次高位。
而另外一个实验就是：在不适用38译码器的情况下，让单片机的IO口直接控制位选线，也就是把共阴数码的八个位选线的数值，赋值给单片机的IO口。这里需要注意的是“共阴数码管，位选为低电平（0）时，才会选中数码管；共阳数码管，位选为高电平（1）时，才会选中数码管”。
在这种情况下，两种数码管的位选值分别如下：
共阴：
unsigned char code dofly_WeiMa[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//分别对应相应的数码管点亮,即位码
共阳：
unsigned char code distab[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};//位选
程序如下：
#include<reg51.h> #include<intrins.h> sbit gh1=P1^0; sbit gh2=P1^1; sbit gh3=P1^2; typedef unsigned char u8; typedef unsigned char u9; u8 code gh4[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//共阴数码管的位选值，在处于低电平0的情况下 u8 code gh[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; // 这是共阴极数码管0-F的值，下面用的时候取反就ok void delay20us(void) //误差 20us { unsigned char a,b; for(b=1;b>0;b--) for(a=7;a>0;a--); } void DigDisplay() { unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) { P1=gh4[i]; P0=gh[i]; delay20us(); P0=0x00; } } void main() { DigDisplay(); }- 1
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OK。写了很久，实验也做了很久。作为一个新手，一个小白，能尽量搞懂的就尽量搞懂，不能到了后面开始出现前面没学好，不熟悉的情况出现。就这吧，继续加油！晚上还要做一个实验！