51单片机学习笔记6 数码管显示

一、动态数码管

1. 动态数码管工作原理

动态数码管是一种常见的数字显示设备，通常由七段LED组成。每个数码管都有七段LED分别表示数字的不同部分，通过控制这些LED的亮灭，可以显示数字0到9以及一些字母。

在动态数码管中，每个数码管的七段LED是依次被控制的，通过快速地依次使每个数码管的七段LED亮起，可以形成多位数字的连续显示效果。

单片机通过扫描技术和适时的输出控制信号，使得数码管的各个段依次显示所需的数字或字母。

动态数码管特点：

动态数码管具有显示效果清晰、功耗低、寿命长、驱动电路简单等特点，广泛应用于计时器、电子表、计数器等设备中。
由于动态数码管需要单片机不断地扫描和控制，因此需要一定的处理能力和时间，适合用于单片机控制的场合。

我使用的普中开发板，使用 74HC245 作为动态数码管的驱动器，使用 D74HC138 作为译码器。

2. 工作过程

1. 首先，单片机输出控制信号，选择要显示的数码管。
2. 然后，单片机根据要显示的数字或字母，通过输出控制信号，通过D74HC138，连接 74HC245，控制对应的七段LED灯亮起或熄灭。
3. 单片机通过不断地切换显示的数码管，并控制每个数码管的七段LED灯，实现多位数字或字母的连续显示效果。

3. 原理图

（1）数码管及74HC245

（2）74HC138译码器

4. 74HC245介绍

74HC245是一款常用的8位双向电平转换器，也被称为总线驱动器。它常用于数字系统中的数据总线扩展、电平转换以及信号缓冲等应用，其主要特点：

• 高速：74HC245具有较高的数据传输速率，适用于高速数字系统。
• 低功耗：它的静态功耗较低，适用于功耗要求较低的应用。
• 低电平输出：74HC245的输出端口可以提供低电平输出，适用于5V和3.3V系统之间的电平转换。

其管脚定义：

（1）功能

• 74HC245具有8位双向数据传输功能，可以将数据从一个总线转移到另一个总线，并在两个方向上进行数据传输。
• 它还具有电平转换功能，可以将高电平信号转换为低电平信号，反之亦然。
• 74HC245还具有输出使能功能，可以通过控制输入引脚来控制数据的传输使能。

（2）引脚

• 74HC245具有16个引脚，分为两组，每组包含8个数据引脚和一个使能引脚。

• 数据引脚用于连接输入或输出数据总线。

• 使能引脚用于控制数据传输的使能。

• OE 是输出使能引脚，L 表示输出使能，H 表示输出禁用。

• DIR 是方向控制引脚，L 表示数据从A端到B端传输，H 表示数据从B端到A端传输。

（3）工作原理

• 74HC245的工作原理基于双向缓冲器的原理。当使能引脚为高电平时，数据可以从A端传输到B端，并且数据也可以从B端传输到A端。
• 当使能引脚为低电平时，输入和输出端口之间的连接被切断，此时输入数据不会传输到输出端口，输出端口也不会对输入数据进行响应。

（4）真值表

5. D74HC138 介绍

D74HC138是一种八线三至八译码器，也被称为3-8译码器。它通常用于数字系统中的地址译码、片选信号生成等应用，用于将三位二进制地址转换为八个输出端口中的一个低电平输出。它具有快速响应、低功耗、高阻抗输入端口等特点。
管脚定义：

（1）功能

• D74HC138具有八个输入端口（A0-A2），可以接受三位二进制地址输入。
• 它有八个输出端口（Y0-Y7），每个输出端口对应一个使能输入端口（G1、G2A、G2B），输出对应的输出端口为低电平。
• D74HC138将三位输入地址转换为八个输出端口中的一个为低电平，其余输出端口为高电平。

（2）引脚

• A0-A2：三位地址输入端口，接受二进制地址输入。
• Y0-Y7：八个输出端口，其中一个为低电平，其余为高电平。
• G1、G2A、G2B：使能输入端口，通过这些端口控制输出的使能状态。

（3）工作原理

• 当输入地址的二进制值与译码器的某个输出对应时，该输出端口将产生低电平输出，其余输出端口为高电平。
• 通过使能端口G1、G2A、G2B来控制译码器的工作状态，使能信号为高电平时，译码器处于工作状态，可以根据输入地址产生对应的输出信号。

（4）真值表

6. 代码实现

下面代码实现的功能，每1秒在一个数码管上显示当前的数值，即第一个数码管显示0，第二个数码管显示1，以此类推 。

下面定义的gsmg_code中的含义，以0x3f为例，换算成二进制： 00111111，根据电路原理图：

可以看出赋值情况：

• a 引脚 P00=1
• b 引脚 P01=1
• c 引脚 P02=1
• d 引脚 P03=1
• e 引脚 P04=1
• f 引脚 P05=1
• g 引脚 P06=0
• dp 引脚 P07=0
  最终在数码管上就会显示数值 0。

#include "segment_display_utils.h"
#include "types.h"
#include "common_utils.h"

#define SMG_A_DP_PORT P0

// 3-8译码器控制端口
sbit LSA = P2^2;
sbit LSB = P2^3;
sbit LSC = P2^4;

u8 gsmg_code[17] =  {0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f,
                     0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07,
                     0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c,
                     0x39, 0x5e, 0x79, 0x71, 0x00};


void segment_display() {
    u8 i=0;
    for(i=0;i<8;i++){
        switch(i){
            case 0:
                // 选择第一位数码管，即数码管1, 通过3-8译码器，转换为二进制码111，即7，即选中LED8
                LSA = 1; LSB = 1; LSC = 1;
                break;
            case 1:
                LSA = 0; LSB = 1; LSC = 1;
                break;
            case 2:
                LSA = 1; LSB = 0; LSC = 1;
                break;
            case 3:
                LSA = 0; LSB = 0; LSC = 1;
                break;
            case 4:
                LSA = 1; LSB = 1; LSC = 0;
                break;
            case 5:
                LSA = 0; LSB = 1; LSC = 0;
                break;
            case 6:
                LSA = 1; LSB = 0; LSC = 0;
                break;
            case 7:
                LSA = 0; LSB = 0; LSC = 0;
                break;
        }
        SMG_A_DP_PORT = gsmg_code[i];
        delay_ms(1000);
    }
}

本文代码开源地址：
https://gitee.com/xundh/learn51