51單片機數碼管動態顯示分析

吳文兵　李炳賢

摘要：單片機的數碼管顯示一般都用動態顯示方式。單片機常用的顯示器為發光二極管顯示器、液晶顯示器等，其中發光二極管顯示器的顯示結構又分為兩種：段顯示和點陣顯示，段顯示最常見的是7段顯示結構。本文從數碼管的動態顯示過程出發，研究分析了單片機利用7段顯示結構動態顯示的整個過程。

關鍵詞：數碼管 動態顯示 單片機

中圖分類號：TP368.11 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0005-02

在單片機的動態顯示過程中，我們將各個數碼管的位選端（每個數碼管是由八個發光二極管組成的，而發光二極管相連的那一端組成的公共端即為位選端）如圖1所示分別接在單片機的P2口，在每個瞬時，只允許選通一個數碼管，每個數碼管段選端（八個發光二極管不相連的那一端）接在單片機的P0口的對應引腳。通過單片機的P0和P2兩個輸出口就可實現單片機的動態顯示了。

1 數碼管的工作原理

數碼管動態顯示原理圖1所示。

圖2a所示，數碼管可以顯示0、1、2…F這16個字符，數碼管如果是共陰極連接方式（數碼管的發光二極管的位選端為陰極）數碼管可以顯示0、1、2…F這16個字符，數碼管如果是共陰極連接方式（數碼管的發光二極管的位選端為陰極）如圖2b所示，由于51單片機的位選端接在了單片機的P2口，段選端接在了單片機的P0口。要想使與P2.0口相連的數碼管顯示數字1，由于數碼管為共陰極連接方式，故與段選端相連的P0口應在對應的引腳上使b、c兩段發光二極管發光，其他段的發光二極管不發光，故P0口應輸出0x06（即二進制數00000110）。然后應使位選端相連的P2口對應引腳輸出低電平0，反之，數碼管如果是共陽極連接方式如圖2c所示，顯示的字碼的方式應和共陰極連接方式相反，如要在對應的數碼管上顯示數字1，P0口應輸出0xf9（即二進制數11111001）。而想讓哪個數碼管能顯示字碼，就必須給相連的單片機的P2口的對應引腳輸出高電平1。

2 數碼管的動態顯示原理

在任意瞬時，單片機只選通一個數碼管，即位選通，而各個數碼管的段選端是可以同時向各個數碼管送數的，但是只有位選通的數碼管能顯示字碼。顯示字碼的時間也非常短暫，即延時一定時間后，位選通的數碼管關閉，選通下一個數碼管的位選端，使其能顯示字碼，同理其他數碼管也是按著此原理，依次可顯示字碼。由于人的視覺有暫留效應（暫留效應即光信號消失后，人眼睛對光還會保留大約0.1s-0.4s的時間）和發光管的余輝效應（當電子束停止轟擊熒光屏時，光點仍能保持一段時間），再加上延時時間足夠短，使人感覺好像各位數碼管同時都在顯示。還有一點需要注意用于動態顯示的限流電阻阻值應略小于靜態顯示的限流電阻阻值，這是由于動態顯示的亮度比靜態顯示要小一些。

3 實驗程序

6個共陽極數碼管采取動態顯示方式與單片機相連接。P0口為段選端，P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5分別與三極管基極相連作為位選端。要求編寫控制程序，實現6個數碼管能夠分別顯示“2”、“3”、 “8”、“d”、 “f”、“5”。

分析：要使與P2.0口相連的數碼管顯示數字“2”， 由于數碼管為共陽極連接，需要使a、b、d、e、g幾段發光二極管發光，其它二極管不發光，也就是與a、b、c、d、e、f、g、dp這8段發光二極管相連的單片機的P0口輸出0xa4（即二進制數10100100）。然后要將其P2.0口的位選端開通，單片機的P2.0口應輸出一個高電平，則第一個數碼管可顯示數碼了。程序的編寫是在Keil C51環境下進行的如圖3所示，程序編寫完后，先采用Proteus仿真軟件進行仿真，它內含了成千上萬個仿真模型庫。然后通過真實的實驗線路再次驗證，達到預定的效果即為實驗成功。

在使用單片機來控制數碼管顯示時，采用動態顯示是將所有的數碼管的段選端都接在單片機的對應引腳上，另外每個數碼管的公共端都作為位選端接在單片機其他引腳上，當單片機輸出字碼是，每個數碼管接受到的字碼是相同的，單片機只不過靠控制每位數碼管的位選端來確定哪個數碼管可顯示字碼。

單片機在動態掃描時，控制程序先后給段選端和位選端送段碼和位碼，但由于人眼睛的滯后效應和發光管的余輝效應，再加上打開數碼管的時間間隔很短，使我們看上去像是數碼管同時可以顯示不同的字碼，其實數碼管是一個一個顯示的，這和數碼管只能在同一時刻只能顯示同一字碼有著本質的區別。

參考文獻

[1]郭小軍.單片機控制數碼管動態顯示過程分析[J].武漢船舶職業技術學院學報，2010（5）.

[2]胡全.51單片機的數碼管動態顯示技術[J].中國新技術新產品，2009（13）.