项目原理与内容

1.数码管的工作原理

数码管也叫七段数码管、八段数据管，它是由八个发光二极管组成，其中七个长条形的发光二极管排列成中文“日”字形状，另一个小圆点在右下角作为小数点使用。其结构示意见图3-1所示。这种组合可以显示0～9十个数字以及部分英文字母。

七段数码管有共阴极和共阳极两种类型。共阴极数码管中各发光二极管的阴极共地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，该发光管点亮。共阳极数码管正好与之相反，是所有阳极接在一起，当某个发光二极管的阴极为低电平时，该发光管点亮。其内部电路原理如图3-2所示。

使用七段数码管时，只需要将单片机的一个并行口与数码管的8个引脚相连即可。8位并行口输出不同的字节数据会使数码管呈现出不同的显示状态。通常将控制数码管显示内容的8位字节数据称为段选码。不同的段选码对应不同的数码显示。共阳极与共阴极的段选码正好互补，见表3-1。

除了单个的数码管以外，还有一种多个数码管连在一起（abcdefg以及dp端分别连接在一起，公共端分别控制）的叫作数码管模块，如图3-3所示。数码管模块在日常生活中应用较多，其显示原理与单个数码管的原理相同，仍然通过abcdefg及dp引脚控制数码管的显示内容，而哪一个数码管的公共端被选通则对应的数码管点亮。这里面将决定数码管显示内容的abcdefg及dp引脚的控制信号称为段选码，段选码决定显示内容。而将各个数码管的公共端的选通信号称为位选码，位选码决定了哪一个数码管显示。

2.数码管的动态显示和静态显示

所谓数码管的静态显示就是指内固定的端口输出段选码，另一个端口固定地输出位选码，即每一个数码管的段选与位选均由不同的端口控制。静态方式下数码管显示明亮稳定，编程控制简单。但是如果显示的数码管较多，则需要控制的端口和硬件数量也较多、成本过高是其主要缺点。

另一种显示方式是动态显示，动态显示时只需要使用一个固定的端口，通过锁存器等器件就可以实现端口的分时复用，极大地节省了硬件开销，是常用的数码管显示方式。这种方式下硬件使用较少，但程序设计相对复杂。本实验板上的数码管模块即为动态显示。其模块连接及工作原理如图3-3所示。

实验板上数码管的动态显示原理：本实验板上共有8个数码管，借助两个锁存器使P0端口分时输出段选码和位选码。这两个锁存器是U8和U9，其中U8为段选控制由P10引脚控制其开关，U9为位选控制由P11引脚控制其开关。如果要使某个数码管显示，必然要经过这样四个步骤：

①由P0口给出段选码。

②由P10引脚控制打开U8，使A0～A7的状态与P0口的八个引脚一致，然后关闭U8，使之进入锁存状态，即切断了与P0的联系，但输出端保持刚才的状态不变。

③由P0口给出位选码。

④由P11引脚控制打开U9，使A0～A7的状态与P0口的八个引脚一致，然后关闭U9，使之进入到锁存状态，即切断了与P0的联系，但输出端保持刚才的状态不变。

如此反复运行，就可以实现数字的动态显示了。

从以上分析可以看出，数码管模块的动态显示就是利用了发光二极管的“辉光效应”，通过动态地改变段选码和位选码，使每个数码管按一定的频率轮流显示，给人一种数码管都点亮了的错觉。

数码管进行动态显示时，所有数码管的段选线都连接在一起而位选线分离，通过控制位选线的变化，快速点亮刷新。因为所有的段选线都连在一起，硬件电路相对比较简单，且同一时刻只有一个数码管在点亮，所需电流也较小。但是刷新的频率如果较慢，就会出现数码管的闪烁现象。所以在动态显示中，数码管的刷新周期要注意不要太短。一般的数码管刷新周期应控制在5～10ms（即刷新频率为100～200Hz），这样即保证了数码管每次刷新都被完全点亮，又不会产生闪烁现象。

实验要求与步骤：

（1）实验要求

本实验项目包含三个子项目，由易到难的各子项目中数码管的不同显示方式。

①使实验板最右侧数码管显示数字5，且静止不动。

②使实验板最右侧的数码管依次显示数字1～8。要求数码闪烁，周而复始。

③使用动态显示方法使全部数码管显示数字20142015，且保持稳定显示。

（2）实验步骤

①分析电路原理图，从图中掌握数码管的极性、连接方式，知晓其控制方法。

通过查阅实验板说明书，掌握所用数码管的极性，确定是共阴还是共阳。接着研究其连接方式和控制方法。从前面的原理分析，我们已经知道数码管的控制主要由U8和U9两个锁存器控制。其中P10控制锁存器U8，P11控制锁存器U9。数码管的内容及控制信息完全由P0口送出。依据以上分析：

送段选码的方法为：

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送位选码的方法为：

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②数码管的消隐处理。在动态显示时，由于刷新频率较高，可能会产生数码管显示内容乱码现象。处理乱码现象主要通过消隐方式解决。所谓的消隐，就是在数码管显示新数字前，先将数码管清空一下，然后再显示。与送出段选码、位选码的方法一样，在打开锁存器的控制后，由P0口送出一个代码，将全部数码管关闭。

数码管的消隐方法为：

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③数组的运用。要实现动态显示过程，需将要显示的段选码和位选码以数组方式预先准备好。显示时通过循环依次读取数组内容并送至数码管。

本实验板的数码管为共阴极管。写出数码管动态显示“20152015”时的段选码：

unsigned char code tab[ ]={______，______，______，______}；　//2015的共阴码

④编写代码。

⑤向实验板烧录代码。

⑥观察程序运行效果，反复调试，直至达到预期实验目标。