数码管详解
摘要
本文详细讲解了数码管的基本电路结构，包括单个和多个数码管的连接，以及如何通过锁存器解决电流问题。重点介绍了数码管显示数字时芯片引脚的状态变化，并展示了动态显示的实现方法，如逐个数字切换和多个数码管同步显示。
数码管介绍
数码管是一种常用的显示器件，由多个发光二极管（LED）组成，能够显示数字和一些字符。
数码管的分类
数码管分为共阴极和共阳极两种类型，它们的驱动方式不同。共阳数码管是将所有LED的阳极接到一起形成公共阳极，而共阴数码管则是将所有LED的阴极接到一起形成公共阴极。
数码管的检测
数码管的检测可以通过干电池检测法或万用表检测法进行。干电池检测法是使用两节1.5V干电池串联起来，通过限流电阻连接到数码管的公共阴极或阳极，然后依次接触各笔段电极，观察对应笔段是否发光。万用表检测法则是将万用表拨至适当的电阻挡，通过测量正反向电阻来判断数码管是否正常。
驱动数码管
在驱动数码管时，可以采用静态驱动或动态驱动。静态驱动是每个数码管的每个段码由单片机的I/O端口直接驱动，而动态驱动则是通过分时轮流控制各个数码管的公共极，以快速扫描的方式显示数字，这样可以节省I/O端口并降低功耗。
数码管的应用
数码管的应用非常广泛，包括电子计时器、仪表仪器、电子钟表、数码显示屏和数字仪表盘等 。尽管LCD和OLED屏幕在某些方面取代了数码管，但数码管因其成本低廉、适应恶劣环境能力强等优势，在许多领域仍然是不可替代的。
在实际应用中，可以使用锁存器如74HC573来驱动数码管，这样可以减少I/O端口的使用，并提高显示的稳定性。74HC573锁存器是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态，实现数据的锁存。
总的来说，数码管因其简单、成本低廉和可靠性高而在各种显示应用中得到广泛应用。无论是在简单的家用电器还是在复杂的工业设备中，数码管都能够提供清晰、直观的数字和字符显示。
数码管电路
单个数码管
一个数码管是由a、b、c、d、e、f、g、dp八个二极管组成，八个LED一端接在一起，另一端引脚引出来。二极管如果阳极连在一起，就是共阳极数码管，阴极连在一起，就是共阴极数码管。
如上图，是一个共阴极数码管，要使数码管显示不同的数字，只需点亮对应LED即可。如：数码管显示“0”，则a、b、c、d、e、f六个LED亮，g、dp这两个LED灭，即可显示“0”。
多个数码管
上图所示的六个数码管，在使用时，需要程序选定使用哪几个数码管，这就是“位选”，选定数码管后再对选定的数码管进行操作，其操作与单个数码管的操作一致（接下来还会进一步详解），这就是“段选”。
数码管与芯片的连接
为什么要使用锁存器
二极管正常工作时需要5mA以上的电流，若数码管引脚和芯片引脚直接相连，芯片的I/O口无法输出这么大的电流。对于共阴极的数码管，可以在阳极处接上拉电阻。对于共阳极的数码管，可以在阴极处接下拉电阻，但是也使得“位选”需做另外的处理。
引入锁存器，利用其输出电流大的特点，有效的解决了LED工作电流问题，而且还可以利用锁存器进行“位选”、“段选”。
锁存器的电路连接
上图所示，连接俩块锁存器，U1控制段选，U2控制位选。
根据电路图，OE始终接地，所以锁存器工作状态只有前三种，当LE软件置1时，锁存器的输入端D与输出端Q同高电平，同低电平，当LE软件置0时，锁存器输出为Q0。
由电路图可得，电路连接为：
单片机的芯片引脚P00—>P07分别接U1锁存器的D0——>D7,单片机的芯片引脚P00—>P07分别接U2锁存器的D0——>D7,也就是说U1、U2俩锁存器都与P0相连，所以在数码管工作状态下，俩个锁存器不能同时处于打开状态，即俩个锁存器的LE不能同时为高电平。锁存器U1的输出接数码管的LED阳极，锁存器U2的输出接数码管的WE，控制“数码管选择”。
锁存器U2控制位选，U2打开时，U1关闭，此时U2的输入和输出同高、同低电平。如下图，若使用数码管1，则只需D0置0，其他引脚置1，即芯片P00输出为0，P01——>P07输出为1，即P0寄存器的状态值为0xfe（上面低位，从下往上读）
锁存器U1控制段选，如刚刚位选了数码管1，则接下来段选是对数码管1的操作。此时关闭U2，打开U1，即U2的LE软件置0，U1的LE软件置1，而U2的LE与芯片的P27相连，U1的LE与芯片的P26相连（下图所示），所以只需使芯片的P27输出低电平来关闭U2锁存器，P26输出高电平来打开U1锁存器。
打开U1锁存器后，使数码管显示某个数字，我们在第一节中总结过了，比如显示一个数字“6”，需要a、c、d、e、f、g六个LED亮，所以锁存器输出01111101（共阴极数码管。输出1时点亮），即P0寄存器输出01111101，P0寄存器的状态值为0x7d。
第一个数码管显示数字“6”的程序如下：
#include<reg52.h>
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
void main()
{
wela=1;
P0=0xfe;//位选第一个数码管
wela=0;
dula=1;
P0=0x7d;
dula=0;
while(1);
}
分析上面程序:
首先对连接U1、U2锁存器LE的芯片引脚P26与P27进行位操作，重命名为“dula”与“wela”，表示“段选”和“位选”。主函数里，先打开位选：wela=1，选择第一个数码管，则U2锁存器输入和输出均为11111110（从下往上），P0的输出也为11111110，即0xfe，位选结束后关闭位选：wela=0。
接下来打开段选：dula=1,对第一个数码管操作，显示数字“6”，U1锁存器输入输出均为01111101，即P0输出为01111101，即P0的状态值为0x7d。最后关闭段选。
注：
正因为锁存器U1与U2同时接在芯片的P0引脚上，所以俩个锁存器不能同时打开，否则芯片引脚P0输出的状态值会在U1和U2上同时发生响应，造成紊乱。
数码管显示数字时芯片引脚的状态值
显示数字“0”，abcdef亮，状态值00111111——>0x3f
显示数字“1”，bc亮，状态值00000110——>0x06
显示数字“2”，abdeg亮，状态值01011011——>0x5b
显示数字“3”，abcdg亮，状态值01001111——>0x4f
显示数字“4”，bcfg亮，状态值01100110——>0x66
显示数字“5”，acdfg亮，状态值01101101——>0x6d
显示数字“6”，acdefg亮，状态值01111101——>0x7d
显示数字“7”，abc亮，状态值00000111——>0x07
显示数字“8”，abcdefg亮，状态值01111111——>0x7f
显示数字“9”，abcdfg亮，状态值01101111——>0x6f
显示字母“A”，abcefg亮，状态值01110111——>0x77
显示字母“B”,cdefg亮，状态值01111100——>0x7c
显示字母“C”，adef亮，状态值00111001——>0x39
显示字母“D”，bcdeg亮，状态值01011110——>0x5e
显示字母“E”,adefg亮，状态值01111001——>0x79
显示字母“F”,aefg亮，状态值01110001——>0x71
在编写程序时将上述状态值放入数组中，通过数组来实现数码管的动态显示。
放在如下数组中：
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
}
在table数组名前加了code，表示编码的意思，单片机程序把不需要更改的东西通过code关键字定义为编码，单片机执行程序时，table只占用程序存储空间，可以理解为占用flash，而不占用RAM。
数码管实现动态显示
一个数码管从0到F动态显示
#include <reg52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
};
uchar num;
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
void delay_ms(uint );
void main()
{
wela=1;
P0=0xfe;
wela=0;
while(1)
{
for(num=0;num<16;num++)
{
dula=1;
P0=table[num];
dula=0;
delay_ms(500);
}
}
}
void delay_ms(uint ms)
{
uint i,j;
for(i=ms;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
此时第一个数码管从0变化到F，之后停止不动。
若使数码管从0到F反复变化，只需在while（）语句里添加如下代码：
if(num==16)
num=0;
完整程序：
#include <reg52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
};
uchar num;
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
void delay_ms(uint );
void main()
{
wela=1;
P0=0xfe;
wela=0;
while(1)
{
for(num=0;num<16;num++)
{
dula=1;
P0=table[num];
dula=0;
delay_ms(500);
}
//------------新加
if(num==16)
num=0;
//----------------
}
}
void delay_ms(uint ms)
{
uint i,j;
for(i=ms;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
多个数码管从0到F动态显示
与之前的一个数码管比较，多个数码管的动态显示只需改变位选时P0的输出，如六个数码管同时显示，则P0输出11000000，即0xc0
位选代码：
wela=1;
P0=0xc0;
wela=0;
完整代码：
//六个数码管从0到F循环动态显示
#include <reg52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
};
uchar num;
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
void delay_ms(uint );
void main()
{
wela=1;
P0=0xc0;
wela=0;
while(1)
{
for(num=0;num<16;num++)
{
dula=1;
P0=table[num];
dula=0;
delay_ms(500);
}
if(num==16)
num=0;
}
}
void delay_ms(uint ms)
{
uint i,j;
for(i=ms;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
一个经典例子
题：
六个数码管，第一个数码管显示数字“1”，间隔1秒后再在第二个数码管上显示数字“2”，间隔1s后在第三个数码管上显示数字“3”，以此类推…在第六个数码管上显示数字“6”
分析：
六个数码管轮流显示，所以位选时依次选择数码管1、2…6，每次位选后，再段选输出需要显示的数字。
第一个数码管位选：
wela=1;
P0=0xfe;//第一个数码管
wela=0;
第一个数码管段选输出数字“1”：
dula=1;
P0=table[1];
dula=0;
delay_ms(1000);
位选时P0的输出之前已经总结过了，再回忆一下，如下图，从左到右分别为数码管1、2、3、4…从下往上读，得到8位二进制码，变为16进制即可。
完整程序：
#include <reg52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
};
uchar num;
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
void delay_ms(uint );
void main()
{
while(1)
{
wela=1;
P0=0xfe;//第一个数码管
wela=0;
dula=1;
P0=table[1];
dula=0;
delay_ms(1000);
wela=1;
P0=0xfd;//第二个数码管
wela=0;
dula=1;
P0=table[2];
dula=0;
delay_ms(1000);
wela=1;
P0=0xfb;//第三个数码管
wela=0;
dula=1;
P0=table[3];
dula=0;
delay_ms(1000);
wela=1;
P0=0xf7;//第四个数码管
wela=0;
dula=1;
P0=table[4];
dula=0;
delay_ms(1000);
wela=1;
P0=0xef;//第五个数码管
wela=0;
dula=1;
P0=table[5];
dula=0;
delay_ms(1000);
wela=1;
P0=0xdf;//第六个数码管
wela=0;
dula=1;
P0=table[6];
dula=0;
delay_ms(1000);
}
}
void delay_ms(uint ms)
{
uint i,j;
for(i=ms;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}