第5章

数码管的显示及驱动






数码管是组成单片机系统的一个常用输出器件，常见的八段数码管由8个发光二极管组成，控制不同的发光二极管的亮灭就可以显示不同字符。当数码管位数较少时，每个数码管可用单片机的一个并口控制，这就是静态显示； 当数码管位数较多时，为节省所占用的单片机并口数量，采用动态扫描显示。本章主要讲解数码管的工作原理和软件编程驱动方法。

5.1数码管显示原理
LED数码管显示数字和符号的原理与用火柴棒拼写数字非常类似，用几个发光二极管也可以拼成各种各样的数字和图形，LED数码管就是通过控制对应的发光二极管来显示数字的。
LED数码管的结构如图51所示。数码管实际上是由7个发光二极管组成一个8字形，还有另外一个发光二极管做成圆点形，主要作为显示数据的小数点使用，这样一共使用了8个发光二极管，所以称为八段LED数码管。这些段分别由字母a、b、c、d、e、f、g和dp来表示。当给这些数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以显示出各种数字和图形。例如，当显示“1”时，应使b、c点亮，其他段熄灭； 当显示“2”时，应使a、b、g、e、d点亮，其他段熄灭。

图51常见数码管结构



数码管内部，一般把各笔画段的发光二极管阴极或阳极连在一起，叫作数码管的公共端，相应的阴极作为公共端的数码管叫作共阴极数码管，阳极作为公共端的数码管叫作共阳极数码管。图51中引脚A即为数码管的公共端。图52和图53分别为共阳极和共阴极数码管的内部电路。





共阴极数码管一般把阴极接地，阳极是独立的，当我们给某一个阳极接上高电平时，对应的这个发光二极管就被点亮了。例如，想让数码管显示8，小数点也亮时，需要8个阳极都送高电平。需要显示5时，b、e、dp送低电平不亮，其他段送高电平点亮。总之，想让某段发光二极管亮时，就给它相应的阳极引脚送高电平，否则送低电平。每个发光二极管引脚的状态只有高、低两种，如果把每个引脚看成一个二进制数的一位时，八位数码管的所有引脚状态组成的就是一字节。当需要显示0~9共10个数字时，每个都对应一字节的二进制数，这个二进制数叫作显示代码。为了方便显示数据，我们可以用显示代码组成一个表格，需要显示某个数字时，就把它的显示代码直接调出来，送阳极显示就行了，这样可以降低数码管显示程序实现的难度。



图52共阳极数码管的内部电路





图53共阴极数码管的内部电路








共阳极数码管与共阴极的控制方式相反，公共端接高电平，需要点亮的发光二极管阴极送低电平，所以它的显示代码与共阴极的相反。共阳极和共阴极显示代码如表51所示。



表51共阳极和共阴极显示代码



代码显 示 字 符

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
共阳极代码
C0H
F9H
A4H
B0H
99H
92H
82H
F8H
80H
90H
共阴极代码
3FH
06H
5BH
4FH
66H
6DH
7DH
07H
7FH
6FH

代码显 示 字 符

A
b
C
d
E
F
P
U
T
y

共阳极代码
88H
83H
C6H
A1H
86H
8EH
8CH
C1H
CEH
91H
共阴极代码
77H
7CH
39H
5EH
79H
71H
73H
3EH
31H
6EH


表51中只列出了部分段码，读者可以根据实际情况选用，也可对某些显示的字符重新定义，也可选择其他字形的LED数码管。除了“8”字形的LED数码管外，市面上还有“±1”型、“米”字形和“点阵”形LED显示器，同时厂家也可根据用户的需要定做特殊字形的数码管。本章后面介绍的LED显示器均以“8”字形的LED数码管为例。

因为数码管是由发光二极管组成的，点亮发光二极管需要5mA以上的电流，单片机的端口不能提供这么大的电流，所以数码管与单片机连接时需要加驱动电路。在前面单片机端口驱动LED灯时用的是上拉电阻，在学习板上数码管的驱动采用的是74HC573锁存器，它的驱动电流较大，可以提供数码管需要的电流。

学习板上的数码管是四位一体的，即4个显示位“8”制成一体的，共用了两个，可以同时显示8位数字。其中每个四位一体的显示位公共端是独立的，除公共端之外的独立端相同名字的连在一起。例如，同一个显示块内的4个显示位，a段在内部短接在一起。其他7个笔画段，相同名字的也都短接在一起，这个笔画段端叫作段码端； 每位独立的公共端可以控制多位一体中的哪一位数码管点亮，叫作位码端。

5.2数码管的静态和动态显示

数码管的工作方式有两种： 静态显示和动态显示。

1. 静态显示
静态显示就是指无论多少位LED数码管，同时处于显示状态。
LED数码管工作于静态显示方式时，各位的共阴极(或共阳极)连接在一起并接地(或接+5V)； 每位的段码线(a~dp)分别与一个八位的I/O口锁存器输出相连。如果送往各个LED数码管所显示字符的段码一经确定，则相应I/O口锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。正因为如此，静态显示方式的显示无闪烁，亮度都较高，软件控制比较容易。

四位LED静态显示电路如图54所示。它们的共阳极端连接在一起后接电源正极。其中各位LED可独立显示，只要在该位的段码线上保持段码电平，该位就能保持相应的显示字符，由于各位分别由一个八位的数字输出端口控制段码线，故在同一个时间里，每一位显示的字符可以各不相同。静态显示方式接口编程容易，但是占用口线较多。如图54所示电路中，若用I/O口线接口，要占用4个八位I/O口。如果显示器的数目增多，则需要增加I/O口的数目。因此，在显示位数较多的情况下，所需的电流比较大，对电源的要求也就随之增高,这时一般都采用动态显示方式。




图54四位LED静态显示电路



2. 动态显示
动态显示是指无论在任何时刻只有一个LED数码管处于显示状态，即单片机采用“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。
在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有显示位的段码线的相应段并联在一起，由一个八位I/O口控制，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。图55为一个四位八段LED动态显示器电路。




图55四位八段LED动态显示器电路




图中段码线占用一个八位I/O口，而位选线占用一个四位的I/O口。动态显示段码端是八位，驱动时要占用一个并口； 位码端中的每个位要占用一个端口，当显示位数不大于八位时，占用的并口数量不超过一个。


由于各个数码管的段码线并联，在同一时刻，4个数码管将显示相同的字符。因此，若要各个数码管能够同时显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态扫描显示方式。即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要有显示的字符的段码。这样，在同一时刻，四位LED中只有被选通的那一位显示出字符，而其他三位则是熄灭的。同样地，在下一时刻，只让其下一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，此时，只有在选通位显示出相应的字符，其他各位则是熄灭的。如此循环下去，就可使各位显示出将要显示的字符。
虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED数码管的余辉和人眼的“视觉暂留”作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成“多位同时亮”的假象，达到同时显示的效果。
LED不同位显示的时间间隔(扫描间隔)应根据实际情况而定。发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，发光太弱，人眼无法看清； 时间太长，要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用单片机的时间也越多。另外，显示位数增多，也将占用大量的单片机时间，因此动态显示的实质是以牺牲单片机时间来换取I/O端口的减少。动态显示的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定地显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。

动态显示的优点是硬件电路简单，显示器越多，优势越明显； 缺点是显示亮度不如静态显示的亮度高。如果“扫描”速率较低，会出现闪烁现象。

3. 学习板上的数码管驱动
学习板上采用的是多位一体的数码管，各位数码管的段码端是并联在一起的，给它们各位送的显示代码是相同的，如果多位同时点亮时，可以看到各位上的显示数字是相同的，所以它应该采用动态显示驱动。动态显示可以让不同位的数码管同时显示不同字符，并且占用的硬件端口又极少，想让送到段码端的字符在哪一位上显示，可以通过位码端控制。例如，共阳极的数码管某一位要点亮时，这一位的位码端就送高电平，其他不显示的位送低电平。通过动态扫描显示，轮流给段码端送出需要显示的字形码，同时在显示的位码端送出高电平，利用发光管的余辉和人眼的视觉暂留作用，使人感觉几位数码管同时在亮，但实际是它们依次轮流点亮。单片机学习板上的数码管硬件驱动原理如图56所示。学习板上使用的是共阴极数码管。




图56单片机学习板上的数码管硬件驱动原理



这里一共用到了两个四位一体的数码管，可以同时显示8位数字。两个显示块的段码端a~dp并联在一起，再通过限流电阻接到锁存器74HC573的数据输出端，锁存器的数据输入端接单片机的P0口。每个数码管的位码端接到38译码器74LS138的一个输出端，74LS138的输入端由单片机P2口的3个引脚信号控制。图56中LED1~LED8是网络标号，网络标号相同的表示它们是连在一起的。例如，网络标号是LED1的位码端接到译码器的Y0口，它们的网络标号是相同的。

这里介绍一下38译码器的工作原理。如图56所示，74LS138译码器选通端为G1、G2A、G2B，当G1为高电平，G2A、G2B为低电平时，可将地址端A、B、C输入信号组成的三位二进制编码，在输出端Y0~Y7译码成相应端口的低电平输出。例如，当CBA=110时，对应的数值为6，此时Y6引脚输出低电平，其他输出引脚保持高电平。38译码器74LS138的真值表如表52所示。



表5274LS138译码器真值表



G1
G2
C
B
A
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
×
H
×
×
×
H
H
H
H
H
H
H
H
L
×
×
×
×
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H续表



G1
G2
C
B
A
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
H
L
L
L
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
L
H
H
L
H
H
H
H
H
H
L
L
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
L
H
L
L
H
H
H
H
L
H
H
H
H
L
H
L
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
L
H
H
L
H
H
H
H
H
H
L
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L


在表52中，×表示状态任意，H是高电平，L是低电平，G2包含了G2A和G2B。这里我们看到，采用译码器控制的主要目的是节约单片机的端口。如果不接译码器，直接用单片机控制数码管的位码端时，需要用到8个单片机端口，增加了译码器则只用3个端口就能代替原来8个端口的控制功能，对于单片机硬件资源特别有限的情况下，这种方法可以大大提高硬件资源利用率。

再来看一下锁存器74HC573的工作原理。锁存器74HC573的引脚OE是三态允许控制端，又叫作输出使能端、输出允许端； D0~D7是数据输入端，Q0~Q7是数据输出端； LE是锁存允许端，或叫锁存控制端。锁存器的真值表如表53所示。



表5374HC573真值表



OE
LE
D
Q
L
H
H
H
L
H
L
L
L
L
×
Q0
H
×
×
Z


表53中，Z表示高阻状态，既不是高电平也不是低电平，它的电平状态由与它相连接的其他电气状态决定； Q0表示上次的电平状态。由表可见，当OE端为高电平时，输出端保持高阻状态，因此让芯片工作必须将该引脚接为低电平，由图56可见，锁存器的OE端是直接接地的。在OE端为低电平的前提下，当LE为高电平时，D端和Q端的状态同为低电平或高电平； 而当此时LE变为低电平时，不论D端的状态如何，Q端总是保持上次的电平状态。也就是OE端为低电平的前提下，LE为高电平时，Q端跟随D端的状态变化； LE为低电平时，Q端的状态将保持，不随D端而变化。实现锁存功能，就需要对LE引脚的状态进行控制，这里将LE通过一个端子接到高电平或单片机的P1.0口，当不需要锁存数码管显示时，将它接到高电平，需要数码管显示锁存或更新显示时，将它接到P1.0控制，端子上可以通过短接片把该引脚接到高电平或P1.0。在以后的程序编写过程中，默认LE端是受P1.0控制的。硬件上锁存器输入端D0~D7接到单片机的P0口，锁存器的输出端Q0~Q7接到数码管的段码端，这样P0口就可以通过锁存器向数码管送出显示代码了。

学习板上接锁存器的主要目的是： 单片机的端口数量有限，P0口不仅要控制数码管，还要控制其他硬件设备，加了锁存器就可以实现信号的隔离，不用的硬件通过锁存器的锁存端关闭，这样就不会造成设备之间的相互干扰。

5.3数码管显示的编程实现

【例51】用数码管显示数字3。

学习板上的八位数码管段码端都是并联在一起的，让其中一个位显示3，要用位码端控制该位点亮，不显示的位码端控制该位熄灭。因为学习板采用的是共阴极数码管，当显示代码送到段码端的同时，显示位位码端要送低电平，其他位送高电平。由图56可见，如果我们想让最低位的数码管点亮，38译码器的Y0应该输出低电平，根据译码器的真值表，它的输入端A、B、C都应该输入低电平。同时再使锁存器的LE端为高电平，即相连的P1.0输出高电平，再把数字3的显示代码0x4F(共阴极显示代码见表51)通过锁存器送到数码管的段码端，此时要注意显示代码的顺序，小数点在最高位，a在最低位。



#include<reg51.h>		

sbit le=P1^0; 	//锁存控制端的定义

void delay()

{

unsigned int i,j;

for(i=1;i>0;i--)

for(j=110;j>0;j--);

}

void main()

{

while(1)

{

le=1; 			　　//LE端为高电平,锁存器输出随输入变化

P2=0xe3;			　　//位码端控制,点亮最低位数码管

P0=0x4f;			　　//数字3的段码送P0口

le=0;				　　//LE端低电平,锁存器输出锁存

delay();

}

}






本程序可以实现八位数码管中最低位显示3，程序中“P2=0xe3;”指令给P2口送的二进制数为1110 0011B，即P2.2、P2.3、P2.4端口为0，它们是38译码器的输入。根据译码原理，使译码器的Y0端输出0，其他端口输出为1，即使最低位数码器位码为0，点亮该数码管。指令“P0=0x4f;”给P0口送的是数字3的共阴显示代码，P0口接到锁存器的输入，通过锁存器接到数码器的段码端。两条指令组合，使最低位数码管显示3。锁存器的控制端接到P1.0端口，程序开始用指令“sbit le=P1^0;”定义了一个特殊功能位，定义后程序中再需要对P1.0操作时，都用le来代替了。程序编写上一定要注意，给锁存器输入端送数据的指令前后，一定要有LE端置1和清0的指令。


例52详解


【例52】在一个数码管上循环显示0~9十位数字，每隔1s更新一次显示。

如果还是在最低位数码管上显示，同例51，要使译码器Y0端输出0，还是需要给P2送0xe3。本例要显示的数据每隔1s要更新一次，所以送P0口的显示代码不是固定的。为了便于显示，可以先把这些显示代码存入一个数组，存的时候一定是按顺序存放的。例如，想显示i时，从数组里取第i个显示代码就是数字i的显示代码，这样可以使显示程序更容易实现。




#include<reg51.h>		

sbit le=P1^0;

void delay()

{

unsigned int i,j;

for(i=1000;i>0;i--)

for(j=110;j>0;j--);

}

void main()

{

unsigned char code tab［10］={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

unsigned char k;

P2=0xe3;		　　//位码送P2口,使最低位数码管亮

while(1)		　　//无限循环

{

for(k=0;k<10;k++)	　　//循环10次送10个数

{

le=1;			　　//锁存控制端高电平,输出随输入变化

P0=tab［k］;		//数字k的显示代码送P0口

Le=0;			　　//锁存控制端低电平,输出锁存

delay();

}

}

}






本例中用了一个for循环，循环十次顺序取数组tab［］中的显示代码。因为数组tab［］中的显示代码是按照显示数字0~9的顺序存放的，如果送到P0口的显示代码是tab［k］时，显示的数字就是k，取显示代码后再加上1s延时，这样就实现了顺序间隔1s显示0~9十位数字的功能。

【例53】在4个数码管上轮流显示数字1234。

单片机学习板上一共有8个数码管，我们取其中的低四位来做实验。当让最低位数码管点亮时，译码器的Y0端应输出0，此时P2.4、P2.3、P2.2的值应为000，此时把数字4的显示代码送P0； 当倒数第二位数码管亮时，同理P2.4、P2.3、P2.2的值应为001，此时把数字3的显示代码送P0口； 当倒数第三位数码管亮时，同理P2.4、P2.3、P2.2的值应为010，此时把数字2的显示代码送P0口； 当倒数第四位数码管亮时，同理P2.4、P2.3、P2.2的值应为011，此时把数字1的显示代码送P0口。每位数码管显示时，都加入一定延时，让该位点亮一段时间再切换到下一个数码管显示。此时我们就会看到1234这4个数字，轮流在4个数码管上显示了。



#include<reg51.h>			

sbit le=P1^0;

void delay()

{

unsigned int i,j;

for(i=1;i>0;i--)

for(j=110;j>0;j--);

}

void main()

{

unsigned char code tab［］={0x06,0x5b,0x4f,0x66};	　　//1~4显示代码存入数组

unsigned char i;

while(1)

{

i=1;

for(i=1;i<5;i++)	　　//循环4次显示4个数

{

le=1;			　　//锁存控制端置高电平

P2=0xef-4*(i-1);	　　//位码送P2口

P0=tab［i-1］;		　　//显示代码送P0口

le=0;			　　//显示状态锁存

delay();

}		 

}

}






本例显示的字符不仅固定在一个数码管上，要4个数码管轮流显示，所以除了要送不同的显示代码，还要对应点亮相应的数码管。程序中指令“P2=0xef-4*(i-1);”用于给P2口送出位码，其中数字0xef写成二进制数是1110 1111B，如果i=1，则P2=0xef，此时P2.4~P2.2的状态为011，译码器的Y3将输出低电平，点亮倒数第4个数码管； 同时当i=1时，指令“P0=tab［i-1］;”使送到P0口的显示代码为数字1的代码，P0和P2的状态配合，使倒数第4个数码管显示1。同理，当i=2时，P2=0xeb，译码器3个输入口状态为010，此时它的Y2输出低电平，点亮倒数第三个数码管； 同时P0=0x5b，给P0送出数字2的显示代码。同理，i=3时，倒数第二个数码管被点亮，并显示3； i=4时，倒数第一个数码管被点亮，并显示4。当for循环执行一次时，4个数码管被循环点亮一次。

这个程序实现的是4个数码管轮流显示不同的数字，如果我们想让它们同时显示1234 4个数字时，实际上把循环显示中的延时时间调得足够短就可以了。采用循环高速扫描的方式，分时轮流选通各数码管的位码端，使数码管轮流导通显示，当扫描速度达到一定程度时，人眼就分辨不出来了，这就是利用了人眼的视觉暂留原理。尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，认为各数码管是同时发光的。所以编程的关键是显示数字后的延时时间要足够短。我们可以试试把程序中的延时子程序延时时间调到1ms，再把程序下载到学习板，就可以看到4个数码管同时显示数字1234了。

图57实验效果图



将本例程序下载到学习板上的显示效果如图57所示。
数码管也常用于一些计时显示方面，如电子秒表、电子时钟、电子万年历等，这种功能较前面的几个显示例子实现相对复杂一些。
学习板中多位数码管采用动态扫描显示方式工作，主程序需要循环执行动态扫描显示子程序，才能保证数码管显示效果的稳定。当时间到需要更新显示时，再偶尔打断动态扫描显示子程序的运行。也就是说，要保证显示效果，更新显示的定时功能要在后台运行，并且程序以动态显示为主。定时更新显示的功能可以由定时中断程序来实现。


例54详解


【例54】用数码管实现秒表功能，循环显示0~59s。

本例显示使用学习板上八位数码管的最低两位，采用动态扫描显示，取十位的显示代码时，控制十位的数码管亮； 取个位的显示代码时，控制个位的数码管亮。显示数字从0开始，直到59，再循环回到0。定时中断设为每隔1s中断一次，每当1s时间到时，打断动态显示程序更新显示。
实现方法： 秒信号的产生可用定时器来实现，即用定时器T0实现50ms定时，然后用中断计数器记录中断次数，当中断20次时，刚好1s。用一个变量存储秒，每计满1s，该变量的值加1，计满60s时清0。将0~9的段码按数字从小到大的顺序存在数组中，需要显示时再按顺序把段码取出来送端口显示。用如下方法获得两位显示数字： 


 显示数字除以10取余数就是个位上的数字； 
 显示数字除以10取整就是十位上的数字。





#include<reg51.h>

unsigned char code tab［10］={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

unsigned char i,s;	　　//定义中断次数变量和秒存储变量

sbit le=P1^0;		　　//定义锁存器锁存控制端

void delay()		　　//延时1ms子程序

{

unsigned int m,n;

for(m=1;m>0;m--)







for(n=110;n>0;n--);

}

void xianshi(unsigned char k)//显示子程序

{

le=1;		　　//锁存控制端置高电平

P2=0xe3;	　　//位码送P2口,使最低位LED点亮

P0=tab［k%10］;	　　//取秒的个位显示代码送P0口显示

le=0;		　　//锁存控制端置低电平

delay();		

le=1;		　　//锁存控制端置高电平

P2=0xe7;	　　//位码送P2口,使十位LED点亮

P0=tab［k/10］;	　　//取秒的十位显示代码送P0口显示

le=0;			 //锁存控制端置低电平

delay();

P0=0;	　　//使LED熄灭

}

void main()

{

EA=1;	　　//开中断

ET0=1;

TMOD=0x01;	　　//设置T0为定时方式1

TH0=(65536-50000)/256;　　//设置T0初值,定时50ms

TL0=(65536-50000)%256;

TR0=1;		　　//开启定时器

i=0;			　　//中断次数计数器初值为0

s=0;			　　//秒计数初值为0

while(1)		　　//循环执行显示子程序

{

xianshi(s);	　　//调用显示子程序,将秒计数值s送LED显示

}

}

void timer0()interrupt 1	　　//T0溢出中断子程序

{

i++;		　　//进入中断,中断计数值加1

if(i==20)	　　//中断20次,时间为1s

{

i=0;	　　//1s时间到,清0中断计数值

s++;	　　//1s时间到,秒计数值加1



if(s==60)s=0;　　//如果s加1为60，则清0

}

TH0=(65536-50000)/256;	　　//T0重赋初值

TL0=(65536-50000)%256; 

}





秒表程序主要由四部分组成，分别是主程序、延时子程序、显示子程序、中断子程序。主程序负责定时器的初始化、中断的初始化、设置变量初值、调用显示子程序等，主程序的大部分时间都是在调用显示子程序。显示子程序负责把定时得到的秒计数值送LED显示，程序中取个位的显示代码用的是指令“P0=tab［k%10］;”，其中k对应的是秒计数值，秒计数值是两位数，k%10将计数值除以10后取余数，即秒值的个位，再取显示代码数组tab中的第k%10+1个数组值，即秒值个位的显示代码送P0口； 相应的取秒值的十位显示代码用的指令是“P0=tab［k/10］;”，因为k/10的功能是两位数k除以10后取整，即k的十位。中断子程序在T0启动后每隔50ms中断一次，负责检查定时时间是否到了1s，到了就更新秒计数值，当秒计数值等于60时，还要清0，使显示值重新循环。T0溢出中断子程序中一定要有T0重赋初值指令，才能保证每隔50ms中断一次。
【例55】用数码管显示随机检测结果。

显示实现方法： 实际应用中，常常需要用显示器显示一些动态变化的参量，如显示温度、压力等。这些检测值特点是不断动态变化的，如何获得动态参量的段码就是本例显示的关键。实际上，无论检测结果如何变化，要显示的结果总是由0~9这10个数字构成的，所以可将它们的显示代码按显示数据大小顺序存在一个数组中，单片机把要显示的数据分成个位、十位、百位、千位，再分别到数组中取显示代码送显示器对应位显示。例如，要显示的随机数是“8765”，可以按以下方法将每位要显示的数字分离出来： 



 8765除以10所得余数是5，就是要显示的个位数； 
 8765除以100所得余数是65，再除以10商是6，就是要显示的十位数； 
 8765除以1000所得余数是765，再除以100商是7，就是要显示的百位数； 
 8765除以1000商是8，就是要显示的千位数。


因为存放显示代码的数组中的元素是按顺序存储的，第一个是数字0的显示代码，第二个是数字1的显示代码，依次类推，所以只要获得了某位的显示数据，取显示代码就非常方便了。例如，要显示数字5时，它的显示代码就是tab中的第六个元素，可以写成tab［5］，将这个代码送到LED的段码端即可显示。

另外，单片机对检测数据的采集和处理是需要时间的，如果把数据处理和动态显示同时放在主程序里顺序执行，就会在执行数据处理时停止动态显示，结果会造成LED动态显示结果不稳定、严重闪烁，所以在需要数码管LED动态扫描显示的场合，都需要不间断地循环执行动态扫描程序，即动态扫描不能长时间间断。在程序设计上可以考虑让动态显示在主程序中循环执行，数据采集在定时中断子程序中完成，这样动态显示只有在需要数据采集时暂时停止并且时间较短，对显示效果的影响不大； 同时定时采集也能保证检测数据在固定时间内被采集到，不影响采集的实时性。到目前为止，我们还没有学习传感器的数据采集方法，所以本例程序用一个标准随机函数rand()来模拟数据采集的结果。



#include<reg51.h>

#include<stdlib.h>　　//包含随机函数rand()的头文件

unsigned char i;　　//存储中断次数

unsigned int s;	　　//存储四位随机数

sbit le=P1^0;

unsigned char code tab［］=	　　//显示代码数组

{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

void delay()		　　//延时5ms







{

unsigned int i,j;

for(i=5;i>0;i--)

for(j=110;j>0;j--);

}

void display(unsigned int x)//显示子程序

{

le=1;

P2=0xe3;						　　//显示个位

P0=tab［x%10］;

le=0;

delay();

le=1;

P2=0xe7;						　　//显示十位

P0=tab［(x%100)/10］;

le=0;

delay();

le=1;

P2=0xeb;						　　//显示百位

P0=tab［(x%1000)/100］;

le=0;

delay();

le=1;

P2=0xef;						　　//显示千位

P0=tab［x/1000］;

le=0;

delay();

P0=0;							　　//关显示

delay(); 

}

void main()

{

TMOD=0x01;						　　//T0设置为方式1定时

TH0=(65536-50000)/256;			　　//设置T0初值

TL0=(65536-50000)%256;

EA=1;							　　//开T0溢出中断

ET0=1;

TR0=1;							　　//启动T0



s=0;

while(1)display(s);			　　//循环显示

}

void timer0()interrupt 1		　　//T0中断处理子程序

{

TR0=0;							　　//关T0

i++;							　　//中断次数加一

if(i==20)						　　//中断20次定时1秒







{

s=rand()/10;				　　//取随机数中的高四位

i=0;						　　//清0重新统计中断次数

}

TH0=(65536-50000)/256;			　　//T0重赋初值

TL0=(65536-50000)%256;

TR0=1;							　　//启动T0

}








本例用到了随机函数rand()来表示动态检测结果，该随机函数包含在头文件stdlib.h中，所以程序一开始用指令“#include<stdlib.h>”来声明这个头文件。

主程序主要是在初始化时设置了定时器T0的初值、工作方式、开放了T0的溢出中断，然后循环显示动态检测结果。显示子程序用LED数码管的低四位显示动态检测结果，分别将位码值送P2口，段码值送P0口，轮流使4位LED点亮。在进入T0的溢出中断子程序后，先关闭T0停止定时，再判断定时时间是否到1s，如果到了1s，就取随机数的高四位送显示，否则重置T0初值，并启动T0开始计时。

对于需要LED动态扫描显示的场合，同时程序功能又相对复杂的应用，如何合理地进行程序设计，这是一个很好的实例。
习题

(1) 数码管的共阴或共阳显示代码是如何确定的？
(2) 简述数码管的静态显示原理。
(3) 简述数码管的动态显示原理。
(4) 编程： 用八位数码管显示数字0~7，并间隔1s向高位移位，直到F出现在最低位上，下1s到来时让0再出现在最低位上，如此循环。

本章小结
本章主要介绍单片机对数码管的显示驱动方法。首先介绍了数码管的结构原理，又介绍了数码管的静态和动态显示的驱动方法，讲解了数码管显示一位或多位数字的软件编程实现方法，及数码管作为计时显示器的软件实现方法。本章软件程序完整，有详细说明，并附有程序在学习板上的运行结果。