6.0 动态数码管 _ [AT89C51/2] [从零开始的单片机]

数码管简介

上一个实验是静态数码管实验，动态和静态所用的数码管都一样，在开发板上是2个四位一体的共阴数码管，唯一的区别是要不断更改输入的电平，从而达到动态的效果。
这里所说的动态并不完全是动态。这里的动态是说输入的电平时刻都在改变，这是动态，但是在数码管上显示出来的是多个数字，这些数字并不能变，按这样来说并不是动态的。

多位数码管简介

这里就要说到“段”和“位”了。
对于“位”，我们使用的数码管就是2给四位一体的共阴极数码管，“四位”即指四个“8”，下面就是一位数码管：
对于“段”，段是从属于上面的位，上图的一位数码管有8个段：a,b,c,d,e,f,g,dp；如果遇到不一样的数码管，照着数一下就知道是几段了。

当数码管多位一体时，它们内部的公共端是独立的(位选线)，它负责多位数码管的哪一位点亮；而负责显示什么数字的段线(段选线a~dp)是连接在一起的，它负责数码管的哪一段点亮、点亮什么数字。单片机通过控制这两条线来控制数码管输出。

(一般一位数码管有 10 个引脚，二位数码管也是 10 个引脚，四位数码管是
12 个引脚)

动态数码管显示原理

现在使用的多位数码管依然可以显示静态内容，静态只需要在端口输入恒定的电平即可，但要同时显示多种数字的话，显然是无法实现的。这就需要我们充分利用段选线以及位选线了。

上面说过，数码管的位选是独立分开的，而段选是连接在一起的。换言之，我们可以让位选线控制哪一个数码管整体点亮，但是段选线会使所有数码管的同一段点亮。假设我们给每一位选线都输送电平，其中一个段选线输入电平，结果使每一个数码管的相同一段都点亮了。
(点亮数码管只是一瞬间，但是人眼有余晖效应，只要切换的速度足够块，我们看来所有的数码管都点亮了)

这显然不是我们想要的效果，我们想要使8位数码管输出不一样的数字。这就意味着我们要不断更改输入的位选，再不断更改输入的段选，最后才能达到每一位数码管显示不同数字的效果。

要如何不间断更改数码管的导通呢？如果每一次都手动输入控制段选的电平，再加入循环体中，与位选再配合，那过于繁琐。想要高效编码，这就需要使用74HC245 和 74HC138芯片了。

74HC245 和 74HC138芯片

先来接着上面所说手动输入8种不同的段选。如果你能够接受手动输入这样的电平输送的话，单片机核心可不太能接受。单片机的只有32个I/O口，资源很紧张，这时候就需要用少量的资源换得高效控制了，所以需要使用I/O拓展芯片，像74HC138、74HC164、74HC595，还可以通过级联方式甚至可拓展出更多的控制口(级联在LED点阵中使用)。我们开发板上使用的是74HC138芯片，可以通过控制3个端口输入控制8个端口输出，十分高效。

74HC245芯片简介

全称D74HC245，是一种三态输出、八路信号收发器,主要应用于大屏显示,以及其它的消费类电子产品中增加驱动。

特性：双向三态输出，八线双向收发器。

管脚定义及功能：

上图看出，OE是使能控制端口，给OE输入高低电平，结合DIR控制，可以改变芯片的输出方向及高阻态工作。

通常我们使用 74HC245 芯片用作驱动只会让其在一个方向输出，即 DIR 管脚为高电平，传输方向是 A->B。

(这里暂时不用下降沿输出什么的，就不讲解了，核心是下面的38译码器)

74HC138简介

38译码器的8个端口正好能适应段选线的8段，仅需要3个输入端即可。

全称D74HC138D，是一种三通道输入、八通道输出译码器,主要应用于消费类电子产品。

特性：三输入八输出。

管脚简介：

上表看出，A0-A2是输入端口，Y0-Y7是输出端口，但E1,E2,E3使能控制是什么原理呢？在下表中给出了输入电平差异所形成输出电平的不同：

(表中H为高电平，L为低电平，X为任意电平)
在表的前3行中，使能控制E0-E2如果以表中的形式给出，不管输入什么电平，输出的永远是高电平，这不符合我们更改段选控制的想法。所以在编写程序时，我们直接把使能控制的端口E0,E1,E2设为低低高即可。

把使能端口恒定输入低低高之后，8个输出端就取决于A0-A2三个输入端了，控制3个端口的电平输入，便能得到8种输出形式，仔细观察发现，它们输出存在一定的规律：低电平逐渐后移。

这里给大家总结一个方法：A0、A1、A2 输入就相当于 3 位 2 进制数，A0 是
低位，A1 是次高位，A2 是高位。而 Y0-Y7 具体哪一个输出有效电平，就看输入二进制对应的十进制数值。比如输入是 101（A2，A1，A0），其对应的十进制数是 5，所以 Y5 输出有效电平（Y5段选线点通）。

硬件设计

上图更加直观地显示出，38译码器的8个输出端口与下面动态数码管模块的8个段选是连接在一起的，所以在上面提到的74HC38译码器很重要。在编写程序是，对应真值表逐个编写A0-A2输入电平，再不断循环即可。

软件设计

#include "reg52.h"//虽然叫做动态显示，实际看起来是所有8个数码管全部点亮，因为位选是独立控制的，而段选是并在一起的，要使所有数码管输出想要的数字
//就要使每一个位选和段选轮流点亮，因此叫做动态显示typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;#define SMG_A_DP_PORT P0//定义3A0-A2三个输入端电平
sbit LSA = P2^2;
sbit LSB = P2^3;
sbit LSC = P2^4;//注意位选和段选：(两者共同作用使数码管循环导通)
//位选：哪个数码管整体导通(74HC38译码器的数据输入端)
//段选：数码管的哪一段(a~dp)选通
//位选是分开控制的，而段选是并在一起的u8 smg_code[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//共阴极数码管u8 smg_code1[] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0xc0,0xf9,                                                            0xa4,0xb0,0x99,0x92,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};//共阳极数码管void delay(u16 i)
{while(i--);
}void smg_display(void)
{u8 i = 0;for(i = 0;i<=7;i++)//for循环内不断改变输入端电平{switch(i)//对应74HC38译码器真值表{case 0: LSC=1;LSB=1;LSA=1;break;case 1: LSC=1;LSB=1;LSA=0;break;case 2: LSC=1;LSB=0;LSA=1;break;case 3: LSC=1;LSB=0;LSA=0;break;case 4: LSC=0;LSB=1;LSA=1;break;case 5: LSC=0;LSB=1;LSA=0;break;case 6: LSC=0;LSB=0;LSA=1;break;case 7: LSC=0;LSB=0;LSA=0;break;}SMG_A_DP_PORT = smg_code[i];//这里的i和上面的switch相对应，i相同delay(100);}
}void main()
{while(1){SMG_A_DP_PORT = 0x00;//消隐smg_display();}
}

让人摸不着头脑的点
在编写程序时，很容易在for循环和switch语句使用同一个循环变量i而感到疑惑。不要忘了在上面写过的数码管数组：

u8 smg_code[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}//共阴数码管

在for循环内，每一次改变i都可以使数组内的十六进制数字改变，就是上一节中静态数码管中输出的数字，从0到E共16种情况；这些情况再结合上38译码器控制每一段输出，当两者同时输入一个数码管时，就已经把数字显示出来了。

(我还是觉得我的理解并不完善，如有误区请指出)