前面一課通過(guò)流水燈實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)了流水燈電路模型設(shè)計(jì)，掌握了循環(huán)移位和時(shí)間延遲算法的程序編寫。本次實(shí)驗(yàn)完成數(shù)碼管顯示電路模型設(shè)計(jì)和編程，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)習(xí)數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)、數(shù)碼管循環(huán)顯示數(shù)字的算法。

認(rèn)識(shí)數(shù)碼管

數(shù)碼管是半導(dǎo)體發(fā)光器件，用于顯示數(shù)字、字母、簡(jiǎn)單圖形符號(hào)等內(nèi)容。數(shù)碼管基本單元是發(fā)光二極管，數(shù)碼管內(nèi)部由多個(gè)發(fā)光二極管管構(gòu)成，多個(gè)發(fā)光二極管在同一時(shí)間的不同狀態(tài)，組合為不同的數(shù)字、字母或圖形符號(hào)。

數(shù)碼管型號(hào)多樣，有單位數(shù)碼管、雙位數(shù)碼管、四位數(shù)碼管、八位數(shù)碼管等等，單位數(shù)碼管僅能顯示一個(gè)數(shù)字、字母或圖形符號(hào)，多位數(shù)碼管可以顯示多個(gè)數(shù)字、字母或圖形符號(hào)。實(shí)際上，多位數(shù)碼管都可以由單位數(shù)碼管構(gòu)成，例如4個(gè)單位數(shù)碼管可以構(gòu)成四位數(shù)碼管。

不管將幾位數(shù)碼管連在一起，數(shù)碼管的顯示原理都是一樣的，都是靠點(diǎn)亮內(nèi)部的發(fā)光二極管來(lái)發(fā)光，下面我們來(lái)看看單位數(shù)碼管是如何顯示數(shù)字的。

單位數(shù)碼管一般由7個(gè)發(fā)光二極管組成，有共陰，共陽(yáng)兩種，八個(gè)引腳，七個(gè)引腳接7個(gè)發(fā)光二極管，一個(gè)引腳是公共端，若共陰，該引腳接地，若共陽(yáng)，該引腳接電源的正極。

單位數(shù)碼管內(nèi)部基礎(chǔ)電路如上圖所示，顯示一個(gè)數(shù)字需要7個(gè)小段，每個(gè)小段需要一個(gè)發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管的引腳至少為8個(gè)，其中7個(gè)引腳分別接二極管的正極或負(fù)極，另外1個(gè)引腳為公共端，若數(shù)碼管為共陰極，該引腳接地，若數(shù)碼管為共陽(yáng)極，該引腳接電源。

對(duì)于共陽(yáng)極數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，7個(gè)發(fā)光二極管的正極連接在一起形成公共端，該公共端接電源，負(fù)極分別接單片機(jī)的I/O端口，當(dāng)我們給數(shù)碼管任一個(gè)陰極低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的這個(gè)發(fā)光二極管就點(diǎn)亮了。例如：若需要數(shù)碼管顯示數(shù)字0，g引腳送低電平，其它引腳送高電平，這樣數(shù)碼管就顯示數(shù)字0了；若需要數(shù)碼管顯示數(shù)字8，將所有引腳（公共端除外）送入低電平，數(shù)碼管就顯示數(shù)字8了。因此，若需要數(shù)碼管顯示數(shù)字，只需要給發(fā)光二極管引腳送入低電平或高電平就可以了。

數(shù)碼管電路設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求通過(guò)單片機(jī)P0口控制數(shù)碼管循環(huán)顯示數(shù)字0 ~ 9，實(shí)驗(yàn)需要用到單位數(shù)碼管器件。在“Pick Devices”對(duì)話框搜索關(guān)鍵詞“7SEG”，選擇“7SEG-MPX1-CA”型號(hào)的數(shù)碼管，該數(shù)碼管是7段共陽(yáng)極數(shù)碼管，可以顯示數(shù)字0~9和小數(shù)點(diǎn)，它有9個(gè)引腳，8個(gè)引腳用于連接P0口的8位端口，1個(gè)引腳為公共端，連接電源的正極。

數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，大約需要幾個(gè)毫安以上的電流，而且電流不可過(guò)大，電流過(guò)大可能會(huì)燒毀發(fā)光二極管，因此需要在P0端口和數(shù)碼管引腳之間接入限流電阻，限流電阻值不能太大，也不能大小。限流電阻的阻值計(jì)算過(guò)程如下：一個(gè)發(fā)光二極管的額定電壓一般是1.5~2.5V，電阻不大于50歐姆，電流約為0.04A，單片機(jī)引入的電源電壓為5V，限流電阻的阻值約為R=U/I=5/0.04=125歐姆。計(jì)算值僅是個(gè)近似值，可以選擇100~500歐姆以內(nèi)的阻值。

電路設(shè)計(jì)如下圖所示：

數(shù)碼管編程

讓數(shù)碼管循環(huán)顯示數(shù)字0 ~ 9，需要對(duì)數(shù)字0~9進(jìn)行編碼，對(duì)應(yīng)數(shù)字的編碼值用于控制P0各端口的電平輸出，從而控制數(shù)碼管內(nèi)部各發(fā)光二極管的狀態(tài)，顯示出編碼對(duì)應(yīng)的數(shù)字。

“7SEG-MPX1-CA”型號(hào)的數(shù)碼管數(shù)字0~9的編碼為：

unsigned char led[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};

0xC0為數(shù)字0的編碼，其二進(jìn)制數(shù)為11000000，該值送入單片機(jī)P0口，P0口的第7、6端口為高電平，5、4、3、2、1、0端口為低電平，與5、4、3、2、1、0端口連接的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，與7、6端口連接的發(fā)光二極管為熄滅狀態(tài)，其中端口7位小數(shù)點(diǎn)，端口6位g段，顯示數(shù)字0。

0xF9為數(shù)字1的編碼，其二進(jìn)制數(shù)為11111001，該值送入單片機(jī)P0口，P0口的7、6、5、4、3、0端口為高電平，與其連接的發(fā)光二極管為熄滅狀態(tài)，P0口的2、1端口為低電平，與其連接的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，即b、c段點(diǎn)亮，顯示數(shù)字1。

同學(xué)們可以自行分析2~9數(shù)字的編碼。C程序代碼如下：

led[]為數(shù)字0~9編碼數(shù)組，delay()為時(shí)間延遲函數(shù)，在main()函數(shù)內(nèi)部，使用while循環(huán)讓程序持續(xù)執(zhí)行，在while循環(huán)內(nèi)部，使用for循環(huán)遍歷led[]數(shù)組，獲取每個(gè)數(shù)字的編碼，并將編碼賦值給P0。