数码管工作原理

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数码管是嵌入式开发中比较常用的一个模块，本篇文章根据查阅的资料以及学习笔记整理成文，尽可能详尽的讲解常用数码管原理和使用方法。有不足和疏忽的地方，请不吝指正。  f6 `3 P% @+ P
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, p& u3 t) ?, J& N一、工作原理/ q# C% S/ t& g& |& [1 p


# {" S) @8 u6 a( D数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。能显示4位数字的叫四位数码管，当然也有多位和只有一位的数码管，他们的电气原理相同。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按发光二极管单元连接方式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将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。4 M# |6 b' B# `8 |" {5 B: Q
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二、电气特性) y6 T" H5 `, O  z
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4 Q% ~* Q6 v( K8 X( e- A1 r: m
) Q# o& @6 P- Q& z) c% T" p  u单位数码管有十个管脚，其中有8根是用来点亮a,b,c,d,e,f,dp 共8个发光二极管（原理中有介绍），3，8两个管脚为公共COM脚，它们相连通且作用相同，可接任意一根。为了更清楚介绍，贴图如下
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共阴数码管脚位对应图

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1 \# |4 ^% G) Q- i. ], I三、驱动方式
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1、静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。
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: t& m! g: J; d2、数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
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四、开发实例' ]$ O/ \/ ^0 I& i
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下面讲解一下四位数码管的动态驱动显示，首先看一下接线引脚图如下。' a! W. h$ S; K7 Q% m
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' Q' t6 l' f8 K
  A2 C# d* d# P5 m# F% K- d

% G/ y: C7 Z2 d/ Y接下来用51单片机设计目标：通过编写c语言程序经编译连接后下载到单片机中，使四位数码管依次显示1，2，3，4. b" s6 a6 V6 U7 P# l/ K9 I4 s

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#define uchar usigned char#define uint  usigned int, P0 Y# l$ y) {4 U& T$ y$ a
6 k7 T) E* x4 O) ~% U4 p  P' C) ?; {//位选控制端口sbit p20=P2^0;sbit p21=P2^1;sbit p22=P2^2;sbit p23=P2^3;. B8 @9 r- _- e* _+ a
//数码管段选编码数组，分别为显示：1，2，3，4的编码uchar code BianMa[] ={0x7,0xb,0xd,0xe};
//延时1ms函数（用于数码管动态刷新）void Delay1ms(int time);9 s/ I% x) l% G7 p9 M6 J
) h3 @% q* r' Uvoid main(){while(1){  p20 =0; //共阴极数码管低位选有效,表示已选中第一位数码管  P0 =BianMa[0];//通过I/O口P0向数码管送段选编码  Delay1ms(500);//第一位数码管显示0.5秒，然后换到第二位，依次下去，由于视觉停留和数码管余辉，所以感觉四位都在显示  p20 =1;    p21 =0;  //第二位亮  P0 =BianMa[1];  Delay1ms(500);  p21 =1;    p22 =0;  //第三位亮  P0 =BianMa[2];  Delay1ms(500);  p22 =1;    p23 =0;  //第四位亮  P0 =BianMa[3];  Delay1ms(500);  p23 =1;}# p1 [; r. X  o9 V
//延时函数体void Delay1ms(int time{  int i,j;  for(i =time;i>0;i--)    for(j =110;j>0;j--)}8 K. w* w, w6 {/ N; y
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五、关于亮度和锁存器
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一般来说静态驱动的亮度要高于动态驱动的亮度，但不影响使用。实际使用中为了达到更好的效果，会配合锁存器如74HC573一起使用，可以记忆先前状态数据直到有新数据覆盖。对做51单片机应用开发来说，相对LCD液晶，液晶模块编程更方便，样式更多样，但是其缺点亮度不够。这也恰恰是数码管的优势，如果做简单的计数显示，数码管是最好选择。
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( {0 k- p2 F3 \8 W4 H5 J  ~六、使用中注意事项
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3 ~* T: x. e/ q) y  U/ R数码管的基本组成是发光二极管，因此其可以通过的电流只有几mA，接5V直流电源做测试的时候一定要串上一个几十K大小的电阻。否则，很容易烧掉，此外用万用表的测电阻档就可将其点亮，足以说明其电流之小。
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