數(shù)碼管的工作原理和使用方法解析

數(shù)碼管是嵌入式開發(fā)中比較常用的一個模塊，本篇文章根據(jù)查閱的資料以及學習筆記整理成文，盡可能詳盡的講解常用數(shù)碼管原理和使用方法。

一、工作原理

數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。能顯示4位數(shù)字的叫四位數(shù)碼管，當然也有多位和只有一位的數(shù)碼管，他們的電氣原理相同。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。

二、電氣特性

單位數(shù)碼管有十個管腳，其中有8根是用來點亮a,b,c,d,e,f,dp 共8個發(fā)光二極管（原理中有介紹），3，8兩個管腳為公共COM腳，它們相連通且作用相同，可接任意一根。為了更清楚介紹，貼圖如下

共陰數(shù)碼管腳位對應圖

三、驅(qū)動方式

1、靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。

2、數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。

四、開發(fā)實例

下面講解一下四位數(shù)碼管的動態(tài)驅(qū)動顯示，首先看一下接線引腳圖如下。

接下來用51單片機設計目標：通過編寫c語言程序經(jīng)編譯連接后下載到單片機中，使四位數(shù)碼管依次顯示1，2，3，4

#define uchar usigned char

#define uint usigned int

//位選控制端口

sbit p20=P2^0;

sbit p21=P2^1;

sbit p22=P2^2;

sbit p23=P2^3;

//數(shù)碼管段選編碼數(shù)組，分別為顯示：1，2，3，4的編碼

uchar code BianMa[] ={0x7,0xb,0xd,0xe};

//延時1ms函數(shù)（用于數(shù)碼管動態(tài)刷新）

void Delay1ms(int time);

void main()

{

while(1)

{

p20 =0; //共陰極數(shù)碼管低位選有效,表示已選中第一位數(shù)碼管

P0 =BianMa[0];//通過I/O口P0向數(shù)碼管送段選編碼

Delay1ms(500);//第一位數(shù)碼管顯示0.5秒，然后換到第二位，依次下去，由于視覺停留和數(shù)碼管余輝，所以感覺四位都在顯示

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;

}

//延時函數(shù)體

void Delay1ms(int time

{

int i,j;

for(i =time;i>0;i--)

for(j =110;j>0;j--)

}

五、關(guān)于亮度和鎖存器

一般來說靜態(tài)驅(qū)動的亮度要高于動態(tài)驅(qū)動的亮度，但不影響使用。實際使用中為了達到更好的效果，會配合鎖存器如74HC573一起使用，可以記憶先前狀態(tài)數(shù)據(jù)直到有新數(shù)據(jù)覆蓋。對做51單片機應用開發(fā)來說，相對LCD液晶，液晶模塊編程更方便，樣式更多樣，但是其缺點亮度不夠。這也恰恰是數(shù)碼管的優(yōu)勢，如果做簡單的計數(shù)顯示，數(shù)碼管是最好選擇。

六、使用中注意事項

數(shù)碼管的基本組成是發(fā)光二極管，因此其可以通過的電流只有幾mA，接5V直流電源做測試的時候一定要串上一個幾十K大小的電阻。否則，很容易燒掉，此外用萬用表的測電阻檔就可將其點亮，足以說明其電流之小。
責任編輯；zl