51单片机-驱动静态数码管和动态数码管模块
本章概述思维导图：
51单片机驱动静态数码管和动态数码管模块
数码管简介
数码管是一种由多个发光二极管（LED）封装而成的显示器件，通过控制各LED的亮灭组合来显示数字、字母及符号。其核心结构由7个或8个LED段组成，形状为“8”字形，广泛应用于电子设备、工业控制、消费电子等领域。数码管实物如下：
数码管有很多种我们应该如何区分呢？
按段数分类：
七段数码管：由a、b、c、d、e、f、g七个LED段组成，可显示数组0-9及部分字母；
八段数码管：在七段基础上增加一个小数点（DP），支持显示带小数的数字；
十六段数码管：扩展至16个LED段，可显示更加复杂字符和符号；
按极性分类：
共阴极数码管：所有LED的阴极连接至公共段（COM）,阳极独立控制。当阳极接高电平时，对应段点亮；
共阳极数码管：所有LED的阳极连接至公共段（COM）,阴极独立控制。当阴极接低电平时，对应段点亮。
按显示方式分类：
静态显示：每位数码管独立控制，占用I/O口多，但亮度高、无闪烁；
动态显示：段选线并联，位选线分时控制，通过快速扫描实现稳定显示，节省I/0口；
数码管显示原理
数码管其核心原理基于LED的发光特性，通过不同的段组合实现字符显示。以下是数码管显示段图：
观察数码管图可分析出是共阴极八段数码管段数为：a、b、c、d、e、f、g、dp；
实现段控制逻辑：
每个LED段（a-g、dp）独立控制，通过MCU主控芯片的I/O口输出高低电平组合决定亮灭。
例如：
共阴极数码管显示数字:” 0 ”时，需点亮a、b、c、d、e、f段。MCU（P0~P5）就需输出高电平，MCU（P6、P7）输出低电平；换算二进制为：1111100，进行寄存器赋值操作为P0=0X3f;
共阳极数码管显示数字:” 0 ”时，需点亮a、b、c、d、e、f段。MCU（P0~P5）就需输出低电平，MCU（P6、P7）输出高电平；换算二进制为：00000011，进行寄存器赋值操作为P0=0XC0;
注意：因为数码管的段通常按顺序为：数码管的段通常按顺序排列为dp, g, f, e, d, c, b, a（从高位到低位）。如果段序与MCU引脚序的排列顺序相反观察如下数码管模块硬件电路图，导致需要将原始二进制位反转。就如我上述二进制转16进制时一样是进行反转的结果；
数码管静态显示原理
原理：每个段由独立I/O端口控制，或通过译码器（如BCD码译码器）驱动。
缺点：占用MCU的I/O端口多（如驱动4位数码管需32个端口），需增加译码器
静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持直到送入新字形码为止；
数码管动态显示原理
原理：所有数码管的段选线（a-g、dp）同名端连接，位选线（COM）独立控制。通过分时扫描，快速切换位选信号，利用视觉暂留（>24ms）实现稳定显示。
优点：节省I/O端口（如4位数码管仅需12个端口），功耗低。
实现方式：
段选线发送字符编码至所有数码管。
位选线依次选通每位数码管，控制显示位置。
扫描速度需足够快（通常1-2ms/位），避免闪烁。
数码管硬件电路原理图分析
可观察图中有74HC245芯片和74HC138译码器、2个四位一体数码管（每个又可分为四个数码管）、两个排阻；
74HC245缓冲器：（段选功能驱动单个数码管的8个段控制亮灭）
功能：增强MCU的P00-P07信号驱动能力，隔离负载对MCU的影响。
关键连接：方向控制（DIR）：接高电平（VCC），数据从A端（MCU）流向B端（数码管）。使能端（OE）：接低电平（GND），保持芯片始终导通。
74HC138译码器：（位选功能一共8个数码管，具体选择那个数码管工作）
功能：将3位二进制信号（P22-P24）转换为8路输出（Y0-Y7），每次仅选通一个数码管。就是MCU芯片的三个GPIO输出引脚可以通过译码器变成8个GPIO输出引脚；74HC138 通过 3 个输入引脚（A2, A1, A0） 接收二进制地址，将其解码为 8 个输出引脚（Y0-Y7） 中的一个低电平信号。
74HC138译码器真值表：输入与输出的对应关系
| 输入（A2A1A0） | 输出（Y7-Y0） | 选中引脚 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| 000 | 11111110 | Y0 | 选中第1位数码管（LED1） |
| 001 | 11111101 | Y1 | 选中第2位数码管（LED2） |
| 010 | 11111011 | Y2 | 选中第3位数码管（LED3） |
| 011 | 11110111 | Y3 | 选中第4位数码管（LED4） |
| 100 | 11101111 | Y4 | 选中第5位数码管（LED5） |
| 101 | 11011111 | Y5 | 选中第6位数码管（LED6） |
| 110 | 10111111 | Y6 | 选中第7位数码管（LED7） |
| 111 | 01111111 | Y7 | 选中第8位数码管（LED8） |
关键连接：输入端：A(P22)、B(P23)、C(P24)；输出端：Y0-Y7分别接LED1-LED8的位选端（COM）；使能端：G1接高电平（VCC），G2A/G2B接低电平（GND），确保译码器正常工作。
2个四位一体数码管：
段选连接：a-g、dp段通过排阻RP3/RP4接74HC245的B0-B7端。
位选连接：每个数码管的COM端接74HC138的Y0-Y7输出。
2个排阻
功能：限制段选电流，防止LED过流损坏。
控制核心MCU：
通过 P00-P07 端口输出段选信号（控制对应的数码管各段亮灭），P22-P24 端口输出位选信号（控制哪个数码管被点亮）。
驱动静态数码管模块和动态数码管软件设计
驱动静态数码管模块
驱动静态数码管直接控制MCU芯片的P0端口（P0.0~P0.7）输出高电平就可点亮数码管的对应段；
点亮0~F驱动编码示例：
P0=0x3f;//驱动静态数码管显示：0
P0=0x06;//驱动静态数码管显示：1
P0=0x5b;//驱动静态数码管显示：2
P0=0x4f;//驱动静态数码管显示：3
P0=0x66;//驱动静态数码管显示：4
P0=0x6d;//驱动静态数码管显示：5
P0=0x7c;//驱动静态数码管显示：6
P0=0x07;//驱动静态数码管显示：7
P0=0x7f;//驱动静态数码管显示：8
P0=0x67;//驱动静态数码管显示：9
P0=0x77;//驱动静态数码管显示：A
P0=0x7c;//驱动静态数码管显示：B
P0=0x39;//驱动静态数码管显示：C
P0=0x5e;//驱动静态数码管显示：D
P0=0x79;//驱动静态数码管显示：E
P0=0x71;//驱动静态数码管显示：F
代码示例：（1个数码管静态显示0~F）
#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
void Delay_10us(u16 us)//延时函数：输入1大概延时时间为10us
{while(us--);
}u8 gsmg[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7c,0x07,0x7f,0x67,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//共阴极数码管
int main()
{int i=0;while(1){for(i=0;i<16;i++){P0=gsmg[i];Delay_10us(60000);Delay_10us(60000);}}
}驱动静态数码管驱动效果展示：
静态数码管驱动效果展示
驱动动态数码管模块
驱动动态数码管的核心是通过74HC138译码器快速切换位选信号和74HC245缓冲区快速驱动段选信号，利用人眼视觉暂留效应实现稳定显示：
代码示例：（8个数码管显示：521.1314）
#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
sbit Y1=P2^2;//数码管138编译器输入1
sbit Y2=P2^3;//数码管138编译器输入2
sbit Y3=P2^4;//数码管138编译器输入3
void Delay_10us(u16 us)//延时函数：输入1大概延时时间为10us
{while(us--);
}
u8 gsmg[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7c,0x07,0x7f,0x67,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//共阴极数码管
void smg_long(void)//动态数码管显示函数：显示20030107
{u8 j=0;for(j=0;j<8;j++){switch(j){case 0:Y3=0;Y2=0;Y1=0;P0=gsmg[4];break;case 1:Y3=0;Y2=0;Y1=1;P0=gsmg[1];break;case 2:Y3=0;Y2=1;Y1=0;P0=gsmg[3];break;case 3:Y3=0;Y2=1;Y1=1;P0=gsmg[1];break;case 4:Y3=1;Y2=0;Y1=0;P0=0x80;break;case 5:Y3=1;Y2=0;Y1=1;P0=gsmg[1];break;case 6:Y3=1;Y2=1;Y1=0;P0=gsmg[2];break;case 7:Y3=1;Y2=1;Y1=1;P0=gsmg[5];break;}Delay_10us(10);//延时时间1000us=1msP0=0x00;//消隐}
}
int main()
{while(1){smg_long(); }
}驱动动态数码管效果展示：
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