江协科技51单片机学习- p11 静态数码管显示

前言：

本文是根据哔哩哔哩网站上“江协科技51单片机”视频的学习笔记，在这里会记录下江协科技51单片机开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容。本文大量引用了江协科技51单片机教学视频和链接中的内容。

引用：

51单片机入门教程-2020版 程序全程纯手打 从零开始入门_哔哩哔哩_bilibili

c51语言变量语句意思,C51中循环语句-CSDN博客

数码管显示：

【51单片机实验笔记】LED篇（三） 数码管的基本控制_51单片机数码管-CSDN博客

https://zhuanlan.zhihu.com/p/657909281

正文：

0. 概述

在淘宝上购买了江协科技51单片机开发板套件（普中科技STC51单片机A2型号），就上在上一篇博文里说的自己计划学习下江协科技51单片机开发教程，通过STC51单片机这种MCU这种贴近于裸机的开发来增加对于系统硬件层面知识的了解和掌握。

1. LED数码管的显示原理

LED数码管的简介：数码管是一种简单，廉价的显示器，是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件。

LED数码管的显示原理：

• 共阴极LED数码管
• 共阳极LED数码管

在如下截图里，共阴极/共阳极LED数码管的3和8号引脚都是地实际上是接在一起的。数码管的A,B,C,D,E,F,G,DP的和外部引脚是就近连接。

1位LED数码管的有8个外部引脚，

4位LED数码管的有12个外部引脚，8为引脚控制LED数码管显示的字符，4个引脚作为选择引脚控制哪个数码管显示。

2. 共阴极数码管驱动需要缓冲器（驱动器）

按LED的连接方式可以分为共阴极数码管和共阳极数码管。

• 共阴极：将LED的阴极连在一起称为公共阴极（COM）
• 共阳极：将LED的阳极连在一起称为公共阳极（COM）

共阴极需要单片机 IO 给高电平，对应的段（LED）才能点亮，而单片机的 IO 引脚电流输出能力不足，往往需要借助驱动芯片（如74HC245芯片）才可以点亮数码管。而共阳极只需要单片机 IO 给低电平，单片机的灌电流大于拉电流，故共阳极数码管应用更加广泛。

注：由于每段都是由LED组成，故实际电路中应该串联限流电阻，一般接一个8P排阻。

---

段选和位选

在数码管中有段选和位选两个概念，现阐释如下：

• 段选：针对单个数码管而言。选择要点亮数码管中 a、b、c、d、e、f、g、dp 哪些段。一般通过给 IO 引脚赋值实现。
• 位选：针对多位数码管而言。选择点亮哪个数码管。即控制COM端的高低电平。

仔细观察数码管的段选顺序，按 a、b、c、d、e、f、g、h 逆时针排列，依次对应字节的低位至高位。因此，我们可以给出共阴极数码管的字形码编码表。(有些字母不易表示，缺省)

字形码	dp g f e d c b a	十六进制
0	0011 1111	0x3f
1	0000 0110	0x06
2	0101 1011	0x5b
3	0100 1111	0x4f
4	0110 0110	0x66
5	0110 1101	0x6d
6	0111 1101	0x7d
7	0000 0111	0x07
8	0111 1111	0x7f
9	0110 1111	0x6f
A	0111 0111	0x77
b	0111 1100	0x7c
c	0101 1000	0x58
d	0101 1110	0x5e
E	0111 1001	0x79
F	0111 0001	0x71
G	-	-
H	0111 0110	0x76
I	0011 0000	0x30
J	0000 1110	0x0e
K	-	-
L	0011 1000	0x38
M	-	-
n	0101 0100	0x54
o	0101 1100	0x5c
p	0111 0011	0x73
q	0110 0111	0x67
r	0101 0000	0x50
s	0110 1101	0x6d
t	-	-
U	0011 1110	0x3e
v	0001 1100	0x1c
w	-	-
x	-	-
y	0110 1110	0x6e
z	-	-

如果是共阳极，其编码表刚好是共阴极的按位取反（~）。

其实可以看出，数码管对显示字母并不友好，一般用于显示数字，在电梯楼层显示，计算器显示应用广泛。

从上述一系列分析中我们得到，数码管相当于LED的堆叠，它对 IO 口资源的消耗是巨大的。如果要同时显示多个数字，除了采用芯片（如38译码器）来节约 IO 口，还可以采用不同的显示方式实现。数码管有两种驱动显示方式：静态显示和动态显示。

• 静态显示：即每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动。优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口过多，这显然是致命的。
• 动态显示：利用人眼暂留效应，分时轮流控制 COM端（位选），每个数码管的点亮时间为1ms~2ms，因为频率很快，仿佛所有数码管都是同时点亮的，这即是动态的含义。优点的节省大量IO口，功耗低，缺点是亮度不及静态显示方式，但可以通过降低限流电阻的阻值来提高亮度。

3. 驱动芯片

我们需要清楚一点，单片机适合用于控制，它可以输入输出电平，但电流是很小的。或许单片机驱动单独一个LED是足够的，但当LED数量多起来时，它便无能为力了，更别提驱动大功率的灯泡或是电机了。

这些功率比较大的外设往往需要外接电源，通过驱动芯片来提供电流和能量，单片机提供信号指令。

使用138译码器和74HC245驱动器

• 74HC245驱动器（缓冲器）
• 74HC138译码器

3.1 74HC138译码器

使用74HC138译码器节省了单片机的IO口，使用单片机的3个IO口可以控制8个输出。

74HC138译码器，有A,B,C三个输入，Y0~Y78个输出，还有G1, G2A, G2B 三个控制引脚，当控制端如下电平配置G1=1,G2A=0,G2B=0时，74HC138译码器使能输出。

G1	1
G2A	0
G2B	0

 74HC138译码器芯片上 Y0,  Y1,  Y2,  Y3,  Y4,  Y5,  Y6, Y7, 引脚字符上面的横线表示低电平有效。 也就是说当 138译码器选中某个输出位的时候该引脚输出低电平，其它剩下的引脚输出高电平。

3.2 74HC245驱动器

因为单片机的高电平驱动能力弱通过的电流能力弱，单片机的低电平驱动能力强通过的电流能力强。

主要用于提升单片机 IO 口的驱动电流。一般 IO 口的输出电流为20mA，这个电流大小仅仅点亮一颗LED是没有问题的，但对于驱动数码管、点阵等多负载模块就力不从心了。

74HC245芯片可以将输出电流提升至70-80mA左右，具有8路输入和8路输出，可输出低电平高电平高阻态三态。

• 其中DIR引脚用于控制输入输出方向，高电平（A => B）、低电平（B => A）。
• OE为使能引脚，低电平输出有效。

3.3 课程使用普中51开发板电路原理图分析

课程使用普中51开发板电路原理图分析，从电路原理图看到 LE 接74HC245 的 DIR 方向控制引脚，DIR=1 时74HC245双向缓冲器输出方向为从A=>B，DIR=0时输出方向为从B=>A。在电路原理图中 LE 接 J21 跳帽引脚，通过跳帽把LE接到VCC 则 DIR=1, 74HC245的输出方向为从A=>B，这也是我们本次实验开发板需要的配置。

4. 程序编写数码管显示

根据可能使用的普中科技STC51单片机A2开发板的电路原理图，可以看到 P2_2,P2_3,P2_4 接到74HC138译码器的 A, B, C 三个输入引脚，通过P2_2,P2_3,P2_4 输出值可以控制选中8个数码管的那一个管显示。

P2_2 = 1,P2_3 = 0, P2_4 =1 

A,B,C = 101（2进制） = 0x5 (16进制） 

74HC138译码器的A,B,C输入0x5，则译码器的 Y5 输出引脚输出低电平，其它引脚输出高电平。因为此开发板使用的是共阴极数码管，当数码管位选信号为低电平时数码管亮。

P0口输出控制数码管的显示段码值。

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H>void main()
{//ABC=0b101=0x5=选中Y5，连接LED6，从左往右数第3个数码管P2_2 = 1;P2_3 = 0;P2_4 = 1;//数码管段码P0 = 0x3f;while(1){}
}