1.数码管
- 1.1.什么是数码管？
- 1.2.数码管的种类
- 1.3.分段式发光二极管数码管
- - 1.3.1八段和七段数码管笔画分布
  - 1.3.2.TTL 门驱动半导体数码管电路
  - 1.3.3.识图方法
- 1.4.荧光数码管
- 1.5.辉光数码管
2.数码管仿真
- 2.1. BCD-七段显示译码器 7448
- 2.2. 数码管静态显示
- - 2.2.1. 轻触开关与按键消抖
  - 2.2.2.原理图与代码
- 2.3. 数码管的动态显示

1.数码管

1.1.什么是数码管？

数码显示器简称数码管，是一种可以显示数字和其他信息的电子设备。它在数字式显示系统中是不可缺少的器件，应用极其广泛，发展速度很快，数码管朝着小型化、平面化、多功能化和低耗电方面发展。

1.2.数码管的种类

数码管主要有下列三大类。

字形重叠式数码管。这种数码管的特点是将不同的数字、字母等符号的电极重叠起来，当需要哪一个符号显示时，就驱动该符号的电极，使之发光显示，此时其他符号电极不发光。这种数码管有辉光放电管和边光显示管等。
分段式数码管。这种数码管的特点是将一个数字分成若干个笔画，通过驱动相应的笔画发光来显示某一个数字，如荧光数码管就是这种类型的。分段式数码管有八段式和七段式两种。在数字显示方面，分段式数码管是主要显示器件。
点矩阵式数码显示器件。这种显示器由一些可发光的点阵排列而成，利用发光点不同排列和组合显示数字或字符，如场致发光数字板就是这种显示器件。

如果按照数码管发光物质不同，数码管可以分成下列 4 种类型。

半导体数码管。这种数码管由半导体发光二极管（LED）构成，所以又称为发光二极管数码管，或发光二极管显示器。按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。如图：

这种数码管也是最常用的数码管。
荧光数码管。这是一种电真空器件，荧光数码管、场致发光数字板等就是这种显示器件。
液体数码管。如液晶显示器、电泳显示器等就是这种显示器件。
气体放电数码管。例如辉光数码管、等离子体显示板等就是这种显示器件。

1.3.分段式发光二极管数码管

在进行数字显示时，分段式数码管显示电路最常用。

1.3.1八段和七段数码管笔画分布

下图左边所示是八段数码管各段分布示意图，图中共有a～dp这8段笔画，右边所示是这种数码管显示 0 ～ 9 这 10 个数字时的笔画示意图。

下图为七段数码管各段分布图，与八段的唯一区别是没有右下角的小数点“dp”

1.3.2.TTL 门驱动半导体数码管电路

下图所示是用 TTL 门驱动半导体数码管的电路，这一电路中只画出它的一段驱动电路，其他各段的驱动电路与此相同。
当译码器输出高电平 1 时，与非门 A 输出低电平 0，这样发光二极管 VD1 导通发光。当译码器输出低电平 0 时，与非门输出高电平 1，这样 VD1 不能导通发光。电路中，VD1 是数码管中的任一段发光二极管，R1 为限流保护电阻。数码管中的哪几段发光二极管导通发光与不发光由译码器控制。半导体数码管的工作电压较低，一般为 1.5～ 3V，所以可以用集成门电路直接驱动。这种半导体数码管的段电流比较大，为几至十几毫安。

1.3.3.识图方法

关于发光二极管数码显示电路主要说明下列几点。

下图（a）所示是由发光二极管构成的分段式数码显示器件，这是一个七段式数码显示器，a ～ g 分别是七段笔画，TP 是小数点。（b）所示是显示电路，A、B、C 和 D 是二进制数码输入端，该数码首先输入到七段式译码器电路中，其输出信号分别从 7 个输出端 a ～ g 输出，加到各自的驱动三极管基极，由导通的三极管来驱动笔画段发光二极管发光显示。
这种显示电路中的显示器件采用发光二极管，发光二极管的驱动电路比较简单，电路分析时要分成输入驱动管的高电平 1 和低电平 0 两种情况，通过 1 或 0 对驱动管的偏置状态来判断驱动管是否导通。在输入信号给驱动管正向偏置时，驱动管导通，发光二极管发光显示；在输入信号给驱动管反向偏置时，驱动管截止，发光二极管不能发光显示。
发光二极管数码管中有许多个单个的发光二极管或 PN 结，它们都有一个相同的驱动电路，分别驱动各自的发光二极管，进行电路分析时只要对其中一个驱动电路分析就行。
发光二极管数码管具有亮度强、清晰度高、低电压（1.5 ～ 3V）、可靠性好、体积小、寿命长（大于 1000h）等优点，其缺点是工作电流还是比较大了一些，一般加入一个470~800Ω的限流电阻。

1.4.荧光数码管

荧光数码管是分段式的数码管。下图所示是 YS-18-3 型荧光数码管外形和引脚排列示意图。这是一个八段式荧光数码管，图（a）所示是外形示意图，图（b）所示是引脚排列示意图。

荧光数码管是一种电真空器件，其工作原理与普通的电子管相似，它的灯丝就是阴极（为直热式阴极），当灯丝通电后灯丝就会发热（即阴极发热），由于在阴极表面涂有一层逸出功很小的氧化物，于是在阴极发热后会发射大量的电子。荧光数码管内设置有一个栅极，在栅极上加有 +20V 直流电压，栅极电压相对阴极而言为正电压，这样阴极发射出来的大量电子受到栅极正电场的吸收而得到加速。荧光数码管的阳极也是接 +20V 直流电压（实际电路中栅极与阳极在外电路中直接相连），这样受到电场加速的绝大多数电子冲过网状的栅极，高速轰击阳极表面。在阳极表面涂有一层荧光粉（为氧化锌材料），荧光粉在受到高速轰击的电子作用下而发出光。

荧光数码管内的笔画就是阳极，所以八段式荧光数码管就有 8 个阳极。当某一个或某几个阳极受到高速电子轰击后发光，就能显示出某一个数字。具体有哪几个阳极发光，这是需要译码器输出的信号来控制。荧光数码管的优点是工作电压低，驱动电流小，显示清晰悦目，视角大，工作可靠性好，寿命长，但是机械强度差，使用安装不方便。

由于在单片机中不经常使用，所以不再此详述。

1.5.辉光数码管

辉光数码管是一种字形重叠式气体放电显示器件。这种数码管与分段式数码管不同，它将各种不同的数字或字符直接置于玻璃壳内，通过译码器和驱动器电路直接将某一数字或字符点亮即可显示。

下图所示是辉光数码管示意图，图（a）所示是 SZ-1 型辉光数码管的引脚排列示意图，图（b）所示是该管显示十进制数 8 时的示意图。辉光数码管外壳为透明的玻璃材料，体形矮胖，管内充有惰性气体，不需要灯丝加热，靠辉光放电来显示数码。

辉光数码管内有一个阳极 a（②脚），另有 10 个阴极 k0 ～ k9，它们分别是数字 0 ～ 9，它们各有一根引脚接到管壳外部。在辉光数码管工作时，阳极上接有 +180V 直流电压，当某一个阴极在外电路中接地时，该阴极与阳极之间有 +180V 直流电压，这样阳极与该阴极之间进行气体放电，此时该接地阴极就能发出橘红色辉光数字，达到显示目的。在某一个阴极接地时，其他各阴极处于悬空或高电位状态，它们的阴极不能发光显示。

由于在单片机中不经常使用，所以不再此详述。

2.数码管仿真

2.1. BCD-七段显示译码器 7448

7448芯片的内部逻辑图（a）与逻辑框图（b）：

该芯片的主要控制电路工作状态和扩展功能。对数码管主要起简化逻辑的功能，在1.3.3.中的驱动芯片即为7448。在Proteus 8 Professional中的 7SEG-BCD 数码管就是普通共阴数码管和7448封装在一起。如图：

四个引脚从左至右分别为 7448 的 A3 ~ A0 .

在Proteus 8 Professional中建立如图所示的原理图：
上述原理图的仿真视频链接

2.2. 数码管静态显示

2.2.1. 轻触开关与按键消抖

轻触开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开的时候也不会一下子断开。因为在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动（如下图），这种抖动可能会引起我们芯片进行错误的判断，为了不产生这种现象而作的措施我们称之为按键消抖。
为了解决按键抖动我们有软件消抖和硬件消抖两种方法。
硬件消抖：顾名思义，在电路中添加元器件来达到消抖的目的，例如复位电路的电容，或RS触发器，如图：

软件消抖：我们在使用开关的时候加一个延迟函数，跳过电平的不稳定时间即可：

void delay(){uint i;for(i = 0 ; i < 123 ; i ++)；}void key(){if（KEY0 == 0）{delay();if（KEY0 == 0）{...........}}}

或者使用下面的方法，在开关按下的时候a加一，再判断a和开关的状态，这个方法适用于短按，不适用于长按多少秒之类的。

void key(){if(key0 == 0 && a == 0){a = 1;}if(a == 1 && key0 == 1){a = 0;sum++;}}

2.2.2.原理图与代码

在Proteus 8 Professional中绘制上图所示的原理图。

然后开始写程序。

#include<reg52.h>           //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器
#define uint unsigned int    //对数据类型进行声明定义
#define uchar unsigned char  //对数据类型进行声明定义
sbit key0 = P1^0;          // 位地址的声明 ，注意：sbit 必须小写 ，P必须大写
uint s[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x40,0x40,0x80,0x00};  //共阴数码管0~9 、 A~F 、 - 、 . 熄灭
uint sum = 0;      //定义无符号的整型变量  unsigned int 的数据范围为0~65535(2^16 - 1)
uchar a=0;         //定义无符号的字符型变量  unsigned char 的数据范围为0~255（2^8 - 1）void delay(uint n)       // 延时函数，大约延时 n ms{uint i,j;for(i = 0 ; i < n ; i ++){for(j = 0 ; j < 123 ; j ++);}}void key()   // 按钮函数 ，按下开关数码管变换{if(key0 == 0 && a == 0){a = 1;}if(a == 1 && key0 == 1){a = 0;sum++;}}void seg()    // 数码管的显示函数{P2 = s[sum];if(sum == 18){sum = 0;}}void main(){while(1){key();seg();}}

上述程序仿真视频链接

2.3. 数码管的动态显示

多个数码管显示数字的时候，实际上是轮流点亮数码管（即一个时只有一个数码管是亮的），利用人眼的视觉暂留现象（也叫余辉效应），就可以做到看起来是所有数码管都同时亮了，这就是动态显示，也叫动态扫描。

假如有两个数码管，要显示“12”这个数字，先让高位的数码管导通，然后控制单片机I/O口让其显示“1”，延时到一定时间后再让低位的数码管导通，控制单片机的I/O口让其显示“2”。把这个流程以一定的速度循环运行就可以让数码管显示出“12”，由于交替速度非常快，人眼识别到的就是“12”这两个数字同时亮了。
如图：

代码：


#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned intuchar s[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};       //共阴数码管0~9
uchar t0 = 0 ,t1 = 0 , t2 = 0 , t3 = 0 , t4 = 0 , t5 = 0 ;
uchar b = 0 , c = 0 , d = 0;void delay(uint n)              //延时函数（运行空项目以达到延迟时间的效果）
{uint i,j;for(i = 0 ; i < n ; i ++){for(j = 0 ; j < 120 ; j ++);}
}void display1()                           //在数码管上显示
{P2 = 0x7f ;                 //P2^7低电平  0111 1111   控制第一个数码管 P0 = s[t0] ;         delay(1) ;                //延时大约1msP2 = 0xbf ;               //P2^6低电平  1011 1111   控制第二个数码管 P0 = s[t1] ;          delay(1) ;P2 = 0xdf ;               //P2^5低电平  1101 1111   控制第三个数码管 P0 = 0x40 ;              delay(1) ;P2 = 0xef ;                //P2^4低电平  1110 1111   控制第四个数码管 P0 = s[t2] ;          delay(1) ;P2 = 0xf7 ;               //P2^3低电平  1111 0111   控制第五个数码管 P0 = s[t3] ;           //用来显示“分”的个位delay(1) ;P2 = 0xfb ;                  //P2^2低电平  1111 1011   控制第六个数码管 P0 = 0x40 ;               delay(1) ;P2 = 0xfd ;               //P2^1低电平  1111 1101   控制第七个数码管 P0 = s[t4] ;          delay(1) ;P2 = 0xfe ;               //P2^0低电平  1111 1110   控制第八个数码管 P0 = s[t5] ;          delay(1) ;
}void main()                      //主函数
{while(1){display1();}
}

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