I/O输出——实例2：数码管静态驱动
一、实例目的
通过本实例，我们应：
1. 了解数码管的内部结构和工作原理；
2. 掌握单片机I/O驱动单个数码管显示。
二、数码管结构及工作原理
数码管又称七段式数码管，被广泛应用在电子数字钟、电子仪表等设备中用来显示数值信息。
1位数码管和多位数码管分别如下图所示。
图1 1位数码管 图2 4位数码管
注：图1和图2来源自Wikipedia，原文链接：https://en.wikipedia.org/wiki/Seven-segment_display
下面介绍7段数码管的内部结构和工作原理。
数码管符号如图3左边所示。 按结构，数码管分为共阴极数码管和共阳极数码管两种，分别见图3（a）、图3（b）。
共阴极数码管中发光二极管的负极（阴极，cathod ）连接在一起形成公共端（COMMON），正极为段控制端（a~h）。数码管工作时，共阴极数码管的COM要接地（或低电平），则段是否点亮由对应段的电平决定，高电平-亮（on），低电平则灭(on)。
共阳极数码管中发光二极管的正极（阳极, anode）连接在一起形成公共端（COMMON），负极为段控制端（a~h）。数码管工作时，共阳极数码管的COM要接电源（或高电平），则段是否点亮由对应段的电平决定，低电平-亮（on），高电平则灭(on)。
图3 数码管符号和内部结构
因此，可以通过控制段的亮灭来使数码管显示数字。例如，为了让阳极数码管显示数字，则要求dp、f和c不亮，其它段都亮，如表1所示。 假设dp为高位，a为低位，则2对应的段码为0xA4.
表1 共阳极数码管显示数字2对应的段状态
段 |
dp | g |
f |
e |
d |
c |
b |
a |
段码 |
状态 |
off |
on |
off |
on |
on |
off |
on |
on |
- |
段电平 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0xA4 |
同理可以得到其它数字对应的码段。共阳极/共阴极数码管的显示数字与段码关系见表2。
表2 共阴极/共阳极数码管段码表
编写数码管驱动程序时，一般将数码管段码按照0~9，A-F存在一个一维数组里， 通过0~16即可获得对应码段。
三、1位数码管驱动电路设计
1位共阴极数码管的驱动电路如图4所示。 74HC573锁存器用来驱动1位七段数码管，除能够为数码管提供驱动电流外，还可以锁存显示数字。 显示内容锁存后，作为段控制I/O的P0口可以分时复用为其它功能，如访问外扩的E2PROM等。如P0口只驱动数码管，则LE可以直接连接到电源。
图4 1位数码管驱动电路
四、数码管静态显示程序设计
设要求1位数码管循环顺序显示0~9，A-F，间隔1s。程序如下，说明见注释：
#include<reg52.h>
#define led_seg P0 //段控制I/O，gfedcba<>P0.6~P0.0
sbit led_refresh = P2^0; //wiring to LE pin of 74HC573
////共阳极段码：Anode mode code table for 0-9,A-F, and off
//unsigned char LED_CODE[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99, //数字0～４
// 0x92,0x83,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xFF}; //数字５～9;
//共阴极段码：Cathod code table for 0-9,A-F, and off
unsigned char LED_CODE[] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,
0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,0x00};
void delayMS(unsigned int ms)
{
unsigned int i,j;
for(i=0;i<ms;i++)
for(j=0;j<150;j++);
}
void main()
{
unsigned char i;
while(1)
{
for(i=0;i<16;i++)
{
led_seg = LED_CODE[i]; //准备数码管显示数字
led_refresh = 1; //刷新数码管显示
led_refresh = 0; //锁存显示数字，P0口可以分时作其它用途
P0 = 0xFF; //例如，P0输出其它数据，不会改变数码管显示
delayMS(2000);
}
}
}
Proteus仿真：