项目六数码管显示原理.doc

项目六 数码管显示原理 学习目的： 介绍STC89C51的数码管显示的原理； 掌握单个数码管静态显示的原理； 熟悉四位一体数码管动态显示的原理； 掌握单片机数码管显示的C51程序编程。 常用的LED显示器有LED状态显示器（俗称发光二极管）、LED七段显示器（俗称数码管）和LED十六段显示器。发光二极管可显示两种状态，用于系统状态显示；数码管用于数字显示；LED十六段显示器用于字符显示。 一、数码管简介 1．数码管的结构 数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 (9、字符A ( F、H、L、P、R、U、Y、符号“(”及小数点“(”。数码管的外形结构如下图所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。常用的LED显示器为8段（或7段，8段比7段多了一个小数点“dp”段）。有共阳极和共阴极两种 其结构如下图所示： 图6-1 数码管结构图 2．数码管工作原理 共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 3．数码管字形编码 要使数码管显示出相应的数字或字符，必须使段数据口输出相应的字形编码。字型码各位定义为：数据线D0与a字段对应，D1与b字段对应……，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0”，共阳极数码管的字型编码应为（即C0H）；共阴极数码管的字型编码应为（即3FH）。依此类推。 下图为LED显示器的结构原理图。N个LED显示块有N位位选线和8×N根段码线。 段码线控制显示的字型，位选线控制该显示位的亮或暗。静态显示和动态显示两种显示方式。 图6-2 LED显示器的结构原理图 二、静态显示接口 静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用CPU时间少，编程简单，显示便于监测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。 图6-3 4位静态数码显示电路 上图中各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。 每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。显示的亮度高。该电路各位可独立显示。 三、动态显示接口 动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码。依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符。虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。 图6-4 4位动态数码显示电路 上图所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O 口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。 图6-4为4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一个8位I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。 采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。 四、定时/计数器应用程序举例 1.在四位一体数码管个位上上显示数字1。 （1）硬件原理图 本教材配套开发板中，数码管的段选控制信号由连接器J15分别接到单片机