在上一篇介绍了LED灯的驱动原理，这一期接着介绍与LED应用相关的器件---数码管。

数码管也是在日常生活中经常看到的显示器件，例如数字钟。有了前面LED的概念，其实数码管的原理就清楚了，数码管内部就是由多个LED适当的布局形成。

8段数码管内部由于有8个LED构成，而在前面的内容，已经介绍LED点亮的条件及方法，那么这就涉及共VCC，还是共GND的问题，即数码管中常说的共阳(共VCC)数码管，共阴(共GND)数码管。如图1.8所示是共阴数码管的内部图示，而图1.9所示是共阳数码管的内部图示。

图1.8 3合1共阴数码管内部原理图

图1.9 3合1共阳数码管内部原理图

图1.8可以看出，每一位数码管内的LED阳极都是单独一路的，而阴极都是连接在一起，如第一位数码管所有LED阴极连接到12号引脚上，因此称为共阴数码管；而读者可能已经发现3位数码管的阳极都分别连接在了一起，这样做的目的是节省I/O口，因为如果每一位数码管的8个LED都单独，那么3位的数码管就需要3*8=24个I/O口，如果数码管位数更多，需要I/O口就更多了，因此驱动多个数码管都采用A~DP线共用的方式，而通过控制数码管各个位的公共端，轮流显示数码管的各个位。说到这，也许有人会问，平常看到的数码管都是几个位同时显示的呀，怎么就是轮流显示的呢？这其实是利用了人眼的视觉暂留现象，几个数码管轮流快速的刷新，人眼就无法察觉，看起来就像是同时显示的一样。下面就以3合1共阴数码管为例，介绍一下，该如何设计数码管显示电路。如图1.10是数码管部分的电路，采用总线的方式连接，由于是共阴数码管，因此阳极A~DP进行了上拉，即通过图示的R2~R9接到VCC端。

图1.10 3合1共阴数码管电路设计

图1.11是单片机侧的接线，从图示看到A~DP分别连接到P2.0~P2.7,DIG1~DI3连接到P7.0~P7.2。

图1.11 3合1共阴数码管驱动单片机部分

在设计过程中A~DP尽量采用同一个端口，例如本例子的P2口，并且按顺序排列，这样做的好处是在后续编程的时候，操作语法会更简单，DIG1~DIG3也是同样的道理。如果不是受限于PCB布局，布线难度，像这种需要多个I/O口需要同时操作的情况，尽量采用分配同一个端口这样的方式。

举个简单的例子,如果数码管需要显示一个数字“5”，如图1.12所示，需要点亮ACDFG的位置,即ACDFG输出高电平，其余输出低电平，那么按照现在的电路，只需要一句话P2=0x6D即可。

图1.12显示“5”需要点亮的LED

而如果把A~DP分配到不同的端口，例如A~D分配到P2.0~P2.3,E~DP分配到P1.0~P1.3，同样显示数字5，那么就需要以下这几句语句才可以。

这里涉及到C语言编程的内容，仅仅简单带过，在后续的编程部分内容会有详细的介绍。在这里进行说明的原因是希望读者能明白，在产品设计的过程中，就尽量考虑后续的内容，而不是仅仅把电路设计完成就完事了。当然，这是需要一些经验的积累。

现在的电路接法，虽然可以满足应用要求，很多开发板、教程也都这样接，但在上一节的内容已经提到，目前这样LED的阴极直接连接到单片机I/O口，LED点亮的时候，会有电流灌入I/O口，至于为什么，读者可按照之前的内容自行分析。为了解决这样的问题，可以按照上一节的方法，追加三极管对DIG1~DIG3进行控制，于是，数码管部分电路就修改为图1.13所示。

图1.13改良后的数码管驱动电路

前面提到的是常用的数码管驱动电路，但是这个驱动电路，需要耗费的单片机资源比较多，一是I/O口比较多，固定的8个段选口，以及随着数码管数量增加的位选口，例如以上的3位数码管，需要用8+3=11个I/O口。随着数码管的位数增加，I/O口的数量随之增加。另外一个是，程序处理上，需要不断的刷新数码管的显示内容，才能确保稳定显示，耗费内核资源。因此对于单片机I/O资源不足的情况下，也可以考虑采用专门的数码管驱动芯片。

举个例子，同样是驱动共阴数码管，采用TM1620B，可以驱动6段*7位~9段*4位的数码管，而只需要3个I/O口，TM1620B的引脚定义如图1.14。而驱动共阴数码管的电路原理如图1.15所示；

图1.14 TM1620B的引脚定义

图1.15 TM1620B驱动共阴数码管的电路原理

一般实现所需要的功能有多种方法，具体应用该如何选择设计方案，就需要综合考虑成本、PCB空间、单片机I/O口资源，驱动芯片选型等。这些也许不同的企业，考虑的内容不同，不能一概而论，所以这里只给出了一些建议。

最后附上一张TM1620B驱动6位共阴数码管的电路原理图，图中的DIO/CLK/STB三个引脚，就是接到单片机的I/O口的，上拉电阻R1,R2,R3是为了确保单片机输出高电平为稳定的高电平，下拉的C1,C2,C3是为了滤掉3个引脚的高频信号，防止信号干扰导致传输的数据错误，C4,C5是对TM1620B的电源进行滤波，所以需要靠近芯片放置。至于显示驱动程序如何编写，会在后续的硬件编程章节进行介绍。

图1.16 TM1620B驱动6位共阴数码管

本期的内容就到这里了，希望大家能慢慢的体会数字电路设计的一些基本原则，码字不易，喜欢的朋友可以点个在看+分享吧。