51單片機(jī)開發(fā)系列三_數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示

數(shù)碼管由于發(fā)光亮度強(qiáng)，指示效果好，非常適合于電梯樓層等數(shù)值顯示應(yīng)用中。對于一位數(shù)碼管，可以采用靜態(tài)顯示，但實(shí)際應(yīng)用中都是需要顯示多位數(shù)值，數(shù)碼管模塊也只能動態(tài)顯示，因此筆者在這里簡單分析一下數(shù)碼管動態(tài)掃描驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)。

數(shù)碼管由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù)碼管實(shí)際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。數(shù)碼管根據(jù)內(nèi)部接法又可分成共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管(如下圖SM*10501)，共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管如下圖(SM*20501)。以共陽數(shù)碼管為例，要想顯示數(shù)字2，需把A、B、G、E、D段點(diǎn)亮，即公共端接上正電源，ABGED段陰極拉低，其余段拉高即可顯示數(shù)字2。

筆者此處以四位一體共陽數(shù)碼管顯示為例講解其大概的硬件設(shè)計(jì)。

微控制器的IO口均不能流過過大的電流，LED點(diǎn)亮?xí)r有約10ms的電流，因此數(shù)碼管的段碼輸出不要直接接單片機(jī)IO口，應(yīng)先經(jīng)過一個緩沖器74HC573。單片機(jī)IO口只需很小的電流控制74HC573即可間接的控制數(shù)碼管段的顯示，而74HC573輸出也能負(fù)載約10ms的電流。設(shè)置數(shù)碼管段的驅(qū)動電流為ID=15ma，這個電流點(diǎn)亮度好，并且有一定的裕度，即使電源輸出電壓偏高也不會燒毀LED，限流電阻值

R = (VCC- VCE– VOL– VLED) / ID

VCC為5v供電，VCE為三極管C、E間飽和電壓，估為0.2v， VOL為74hc573輸出低電平時電壓，不同灌電流，此值不一樣，估為0.2v，具體查看規(guī)格書，VLED為紅光驅(qū)動電壓，估為1.7v，根據(jù)上式可算出限流電阻為R = 200R。

數(shù)碼管需接收逐個掃描信號，掃描到相應(yīng)數(shù)碼管時，對應(yīng)的段碼數(shù)據(jù)有效，即顯示這個數(shù)碼管的數(shù)值。筆者采用三線八線譯碼器74HC138來產(chǎn)生對應(yīng)的掃描線信號。

當(dāng)各個段碼均點(diǎn)亮?xí)r，電流約15max8=90ma流過數(shù)碼管公共端，74HC138無法直接驅(qū)動這個電流，需加三極管驅(qū)動，由于74HC138輸出低電平有效，此處只有PNP三極管適合作為驅(qū)動。三極管基極電流設(shè)為2ma即可讓三極管飽和，最大驅(qū)動電流遠(yuǎn)大于90ma?；鶚O偏置電阻阻值

Rb=(VCC- VEB– VOL) / IB

VCC為5v供電，VEB為三極管E、B間的導(dǎo)通電壓0.7v，VOL為74hc138輸出低電平時電壓，可根據(jù)規(guī)格書估為0.3v，故Rb= 2k即可。

圖2-1 四位一體數(shù)碼管原理圖

數(shù)碼管段碼接P0口，位碼接P2口第0~2位。對于LED顯示器都是有一個刷新頻率的，同樣對于數(shù)碼碼動態(tài)掃描也需要一個掃描頻率。掃描頻率下限為50HZ，低于一定的掃描頻率，顯示會閃爍。頻率過高，則亮度較差且占用cpu資源。一般整個數(shù)碼管掃描一遍時間為約10ms較合適(即掃描頻率100HZ)，我們用的是四位數(shù)碼管，每個數(shù)碼管點(diǎn)亮?xí)r間為2ms，掃描一遍時間為8ms。為保證這個刷新頻率，通過是通過定時器來周期性進(jìn)行數(shù)碼管刷新。筆者在此以四位一體數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)秒表計(jì)數(shù)顯示為例來作代碼開發(fā)。

數(shù)碼管動態(tài)顯示功能實(shí)現(xiàn)模塊文件DigitalTubeTable.c內(nèi)容如下：

#include "reg52.h"

#include"DigitalTube.h"

// 數(shù)值相對應(yīng)的段碼，共陽極

static unsigned char codeDigitalTubeTable[12]= { // 共陽LED段碼表

0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99,0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90, 0xff, 0xbf

//"0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-"

};

// 每個數(shù)碼管需一個字節(jié)的內(nèi)存保存對應(yīng)數(shù)碼管數(shù)據(jù)

static unsigned charFrameBuffer[DigitalTubeNumber];

unsigned char*DigitalTube_GetBuffer()

{

return FrameBuffer;

}

void DigitalTube_Scan()

{

static unsigned char Select = 0; // 記錄掃描的選擇線

unsigned char Code;

// 從對應(yīng)選擇線中找到顯存數(shù)據(jù)，并得到相應(yīng)的段碼

Code = DigitalTubeTable[FrameBuffer[Select]];

// 段碼實(shí)際輸出到數(shù)碼管接口

DigitalTube_Data(Code);

// 位選實(shí)際輸出到數(shù)碼管接口

DigitalTube_Select(Select);

Select++; // 進(jìn)入到下一位選掃描

if (Select >= DigitalTubeNumber) {

Select = 0; // 所有數(shù)碼管已掃描，從第一個數(shù)碼管再次開始掃描

}

}

我們在數(shù)碼管模塊頭文件DigitalTube.h中實(shí)現(xiàn)模塊的接口訪問宏實(shí)現(xiàn)，使之方便移植及修改接口配置。模塊頭文件同時也引出模塊的接口函數(shù)，void DigitalTube_Scan(void)為數(shù)碼管刷新函數(shù)，需周期性調(diào)用刷新數(shù)碼管顯示。unsigned char *DigitalTube_GetBuffer(void)用來獲得數(shù)碼管顯存，從而更新數(shù)碼管顯存數(shù)據(jù)。其內(nèi)容如下：

#ifndef __DigitalTube_H__

#define __DigitalTube_H__

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

// 數(shù)碼管模塊中的個數(shù)，最大為8

#define DigitalTubeNumber 4

// 輸出數(shù)碼管位選

#defineDigitalTube_Select(Select) {P2 = (P2&0xf8) + (Select);}

// 輸出數(shù)碼管段碼

#define DigitalTube_Data(Dat) {P0 =(Dat);}

// 數(shù)碼管刷新函數(shù)，必須保證以一定周期調(diào)用刷新

void DigitalTube_Scan(void);

// 獲得數(shù)碼管顯存，以作顯示的數(shù)據(jù)更新

unsigned char*DigitalTube_GetBuffer(void);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif /*__DigitalTube_H__*/

外部模塊通過引入數(shù)碼管的模塊頭文件DigitalTube.h來實(shí)現(xiàn)調(diào)用數(shù)碼管驅(qū)動函數(shù)，簡單測試調(diào)用(秒表數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù))實(shí)現(xiàn)如下：

#include"reg52.h"

#include"DigitalTube.h"

// 以定時器時間為計(jì)時標(biāo)準(zhǔn)，記錄時間間隔

static volatile unsignedint SystemTick = 0;

// 定時器2ms中斷處理進(jìn)行數(shù)碼管刷新

void T0_Interrupt()interrupt 1

{

TH0 = (65536-2000) / 256;

TL0 = (65536-2000) % 256;

SystemTick++; // 記錄時間間隔

DigitalTube_Scan(); //刷新數(shù)碼管

}

void T0_Init()

{

TMOD = 0x01; // 定時器0工作方式1

// 2ms計(jì)時中斷(12M)

TH0 = (65536-2000) / 256;

TL0 = (65536-2000) % 256;

ET0 = 1; // 定時器T0中斷允許

EA = 1; // 總中斷允許

}

void main()

{

unsigned char *pBuffer;

unsigned char i;

// 定時器初始化

T0_Init();

// 獲得數(shù)碼管顯存，以作更新數(shù)據(jù)顯示

pBuffer = DigitalTube_GetBuffer();

// 數(shù)據(jù)管顯存初始化顯示0

for (i=0; i

pBuffer[i] = 0;

}

// 開啟定時器進(jìn)行計(jì)時以及數(shù)碼管刷新

TR0 = 1;

while(1) {

// SystemTick讀數(shù)到500時為1s間隔到

if (SystemTick > 500) {

SystemTick =0; // 重新計(jì)秒

// 更新數(shù)碼管秒表計(jì)數(shù)顯存

for (i=0; i

pBuffer[DigitalTubeNumber-1-i]++;

if (pBuffer[DigitalTubeNumber-1-i] <10) {

break; // 未到10，不用進(jìn)位更新高位顯存，退出

} else {