数码管的工作原理、静态显示及动态显示

3.1 数码管工作原理

数码管是一种利用LED的显示器件，普通的数码管在内部集成了八个数码管，分别组成了对应的段，由于数字只需要七个段就可以，所以有的数码管内部只有七段，称为七段数码管，八段数码管的多余的段被用在小数点上，形成了可以显示小数点数据的显示器件。

根据数码管内部的连接方式，所以数码管又分为共阳数码管（低电平点亮）与共阴数码管（高电平点亮），共阳数码管内部是将所有LED的正极接在一起组成的公共端接电源+5V，只需要控制对应的LED负极就可以显示数字， 所以共阳级低电平才能点亮，共阴极与共阳级刚好相反，共阴极数码管内部将LED的负极接在一起形成公共端接地 0V，只需要控制对应的LED正极就能够显示数字，所以共阴极数码管高电平点亮。共阳极数码管与共阴极数码管内部结构如下图所示。

由于数码管内部同样是LED组成的，所以理论上需要在每个LED上加一个限流电阻，限流电阻的取值在100~330Ω上。

所谓的数码管段码的实质就是利用单片机一组端口驱动八个LED，只要能点亮对应的LED，那么数字就会显示出来，所以段码是一些二位16进制组成的数据，常用的数码管接法计算出来的段码如下表所示。

数码管内部连接	共阳		共阴
小数点接单片机	最高位	最低位	最高位	最低位
0	0x40	0x02	0xBF	0xFD
1	0x79	0x9E	0x86	0x61
2	0x24	0x24	0xDB	0xDB
3	0x30	0x0C	0xCF	0xF3
4	0x19	0x98	0xE6	0x67
5	0x12	0x48	0xED	0xB7
6	0x02	0x40	0xFD	0xBF
7	0x78	0x1E	0x87	0xE1
8	0x00	0x00	0xFF	0xFF
9	0x10	0x08	0xEF	0xF7

3.2 数码管的静态显示

3.2.1 原理图

3.2.2 例程分析

这段例程和GPIO实验中的总线输出操作部分的代码是一样的，唯一的区别就是29行，数组里面的数据改成了之前上面的段码，因为原理图中数码管采用了Dp接单片机最高位的连接方式，选用的是共阳极数码管，所以这个数据可以直接从表里面获取。

3.3 数码管的动态显示

3.3.1 动态显示原理

1位数码管只能显示1位数字，但是如果需要显示多位数字就需要多个数码管同时工作，这也是数码管的缺点，那就是显示的数字越多，数码管就越多，占用的端口也就越多，那么，弥补这种缺点的方法就是数码管的动态显示，所谓动态显示，就是依次向每位数码管送出字形码的同时控制公共端的电平，每一位数码管之间利用延时程序进行延时，当延时程序非常短时，由于发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，此时我们的人眼就分辨不出位与位之间有延时存在，此时就感觉各位数码管同时都在显示。

所谓视觉暂留现象即视觉暂停现象（Persistenceofvision，Visualstayingphenomenon，durationofvision）又称“余晖效应”，1824年由英国伦敦大学教授皮特‘马克’罗葛特在他的研究报告《移动物体的视觉暂留现象》中最先提出：人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。

下图所示是一个2位的数码管结构。

3.3.2 原理图

3.3.3 例程分析

第28行：建立一个一维数组存储数码管的段码，由于原理图中的数码管是共阳极数码管，且DP接P0最高位，根据表中的数据可以计算出数码管的段码

第29行：数码管控制端口，由于两个数码管的公共端接在了P2.0和P2.1，所以先给P2.0加高电平，P2.1加低电平，将段码显示在第一个数码管，经过一段时间后，将P2.0加低电平，P2.1加高电平，更新段码显示在第2个数码管上

第32行：P2先控制数码管的公共端，选中第1个数码管

第33行：P0送入段码，显示在第1个数码管上

第34行：延时等待一段时间，达到视觉暂留的目的

第36行：P2再控制数码管的公共端，选中第2个数码管

第37行：P0送入段码，显示在第2个数码管上

第38行：延时等待一段时间，达到视觉暂留的目的