2020年02月04日 | PIC单片机之数码管

大家好， 通过前一期的学习， 我们已经对ICD2 仿真烧写器和增强型PIC 实验板的使用方法及学习方式有所了解与熟悉，学会了如何用单片机来控制发光管、继电器、蜂鸣器、按键等资源，体会到了学习板的易用性与易学性，特别是当自己第一次动手编程点亮一个发光管时，相信对于初学者来说，一定很兴奋，很有成就感吧！现在我们就趁热打铁，再向上跨一步，一起来学习一下数码管的工作原理及使用方法，这一期实验将会更具生动性。

说到七段数码管，它在家电及工业控制中有着很广泛的应用， 例如用来显示温度、数量、重量、日期、时间等，具有显示醒目、直观的优点。在一般的人机对话中，输入器件一般都是以按键为主，但输出器件则以数码管或LCD 为主。数码管作为一种应用十分普遍的显示器件，可以在各种各样的设备上见到，如图1 所示就是某数字表头显示时候的效果图。它很适合用在对价格、亮度等条件比较敏感，同时基本上只要求显示数字量的时候，所以在数据显示，定时控制等场合用得很多。常见的数码管实物如图2 所示。

图1 数码管显示效果图

图2 数码管实物图

首先，我们先对相关理论知识进行一番了解。

我们可以看到图1中有8 位数码管，那么这些数码管是怎样来显示1，2，3，4……数字的呢？

别着急，我们一起慢慢来学。

数码管实际上是由7 个发光管组成“8”字形构成的， 加上小数点就是8 个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：

显示一个“2”字，那么应当是a 亮、b 亮、g 亮、e 亮、d 亮、f 不亮、c 不亮、dp 不亮。

7 段数码管的段排列和内结构见图3。

图3 数码管结构图

由于驱动方式的差异，也就是对应在各个显示段是低电平还是高电平点亮，数码管又分成两种类型，即共阳极和共阴极数码管。所谓“共阳极”是指8 个LED 的阳极连接在一起组成公共端；同理“共阴极”则是8 个LED 的阴极连接在一起组成公共端。

其内部LED 的连接方式可以参考图4。

图4 数码管内部结构图

虽然通过上文原理的介绍，对数码管的工作原理已经了解，但当我们拿到一个数码管时要正确地应用它还是一时不知如何下手，比如我们现在要求数码管显示“5”，应该怎么办呢？首先我们需要明白一个事情，数码管是不认识“5”的，当然也不认识其他数字，所以千万别说，“给数码管写个“5”就行了”。数字只是种符号，对人来说是这样的，对单片机而言也是，单片机只是通过LED 把内部的结果用我们约定的方式显示出来而已，这个“约定”

就是数字该如何在LED 上显示的方法。比如我们需要显示的数字为0 到9，如图5 所示。

图5 显示数字效果图

假设我们使用共阴极数码管，那么我们就对照图3 和图4 来看看“5”是如何显示出来的。首先对数码管而言，我们要想显示数字“5”，我们可以发现有如下一些段是需要点亮的，即A、C、D、F、G。

知道了这些段需要点亮后，现在我们再来看一下增强型PIC 实验板上数码管的控制电路，因为我们需要将软件和硬件相结合进行考虑如何来编程。

图6 中的A,B,C,D,E,F,G,DP 分别与单片机的RC 口相连，用来控制显示数字的形状。Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8 这6 个三极管是用来片选数码管，用来打开或关闭某一路数码管，RA1、RA0、RA3、RA2、RA5、RA4 分别接在单片机的RA 口上，通过控制这些三极管的基极电平来打开或关闭数码管的显示，即起到“使能”作用。如S1 端为低电平，则允许相应的数码管显示，显示的字形则由RC 口所决定。

图6 数码管电路原理图

我们可以列出表1 这样的段码对应关系表，表中为数字“5”共阴段码。

表1 数码管显示数字“5”的段码表

参照上面的过程，我们又可以列出共阴和共阳数码管0~9 十个数字的段码表，如表2 所示，在不改变硬件对应关系的前提下，段码表可以通用。

表2 共阴、共阳数码管段码表

现在我们已经了解了整个显示过程，所以我们也就有了写程序的思路：程序中应该有一个变量，每隔一定时间在0~9 之间变化，然后按照这个数据去查找段码表，把查到的数据送到RC 口，段码值我们参照表2 中共阳这一项。

我们使用MPLab IDE 软件来进行C 语言编程，它是我们的编程环境，同时我们可以通过使用ICD2仿真烧写器和增强型PIC 实验板连接进行程序的仿真调试和烧写步骤，具体的操作步骤，我们已经在前几期做了详细的说明和介绍，在此就不再重复，读者可以参阅以前的文章或直接登陆我们的网站查看资料。前面，我们已经对硬件原理和软件编写思路进行了了解，现在我们可以输入程序代码进行调试了。我们在MPLab IDE 软件中新建工程，加入源程序代码，同时进行芯片型号的选择和配置位的设置，我们实验所用的芯片型号为PIC16F877A。上面理论说了一大堆，现在我们可以从这里开始动手了。本来6 个数码管可以各自显示不同数字，RA口动态扫描，每个瞬间只有一个管显示，视觉上感到是6 位数。作为初次实验，我们的任务是要让六个数码管同时显示数字“0”~“9”字样，时间间隔为1 秒。

#include

const unsigned char display_numb[10]={0x

c0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xd8,0x80,0

x90};

void delay_1ms（void）

{

unsigned int n;

for（n=0;n<50;n++）

{

NOP（）；

}

}

void delay_ms（unsigned int time）

{

for（；time>0;time--）

{

delay_1ms（）；

}

}

void main（void）

{

TRISC=0X00;

TRISA=0X00;

while（1）

{

PORTC=display_numb[0];

PORTA=0X00;

delay_ms（1000）；

PORTC=display_numb[1];

delay_ms（1000）；

PORTC=display_numb[2];

delay_ms（1000）；

PORTC=display_numb[3];

delay_ms（1000）；

PORTC=display_numb[4];

delay_ms（1000）；

PORTC=display_numb[5];

delay_ms（1000）；

PORTC=display_numb[6];

delay_ms（1000）；

PORTC=display_numb[7];

delay_ms（1000）；

PORTC=display_numb[8];

delay_ms（1000）；

PORTC=display_numb[9];

}

}

程序代码输入后，读者可以使用仿真模块或直接烧入编译好的HEX 文件来进行验证，前者模式可以单步执行，同时监控程序变量在运行过程中的变化；后者直接烧入HEX 文件，实验板直接脱机运行。

输入了这么长一段程序后，作为初学者一定对有些语句会有点疑问，下面我们就来一起结合实际，看一下一些关键程序语句的作用。

#include 语句用来加载PIC 库文件，数组display_numb 用来定义数字“0”~“9” 的字形码，也就是我们的表2 中所罗列的内容。voiddelay_1ms（void） 是延时1ms 的函数，void delay_ms（unsigned int time） 是延时X 毫秒的函数，具体为多少毫秒由形参time 变量决定，如我们执行函数 delay_ms（1000）； 即表示为延时1000 毫秒= 延时1 秒的时间。语句“TRISC=0X00;” 用来设置RC 口的输入、输出状态，在此我们设置为输出；语句“TRISA=0X00;”用来设置RA 口的输入、输出状态，在此我们设置为输出。while（1） 是死循环语句，即周而复始地执行{ } 内的语句体，如我们现在的程序中的作用即是不停地执行 delay_ms（x）；PORTC=display_numb[x]; 这两类语句，即给RC口送一个字形码，延时1 秒钟后，又给RC 口赋予一个新的字形码，在我们从实验结果上看来就是数码管在不停地显示6 个相同的“0”~“9”这些数字。留给读者设计，将一个6 位十进制数字（如201006）显示出来的程序。

数码管的原理与使用，我们暂讲到这里，接下来几期，我们将继续一起学习增强型PIC 实验板的其他各部分资源的原理与使用，使你对单片机应用的各方面知识都有所入门与提高。增强型PIC 实验板系统资源丰富，可做实验有：6 位LED 数码管、8 路LED、直控键盘、蜂鸣器喇叭、继电器试验、I2C 总线接口、SPI 总线接口、160X 液晶、128X64液晶、红外接收头接口、步进电机驱动接口、AD模/ 数转换接口、串行时钟芯片DS1302、温度传感器DS18B20 接口、RS232 串口通讯、外扩展接口以便外接更多的实验资源。