什么是数码管动态显示

数码管动态显示工作原理~

数码管演示

下图是一个两位数码管的动态显示接口电路图。
两位LED数码管动态显示电路

以显示1、2两个字形为例分析一下动态显示的工作过程。
第1步：从P2口送出左侧数码管所要显示的段码值。
第2步：P30输出低电平，Q1导通，选中左侧数码管，显示段码值所对应的字形。
第3步：延时3-5ms。
第4步：P30输出高电平，关断Q1。
第5步：从P2口送出右侧数码管所要显示的段码值。
第6步：P31输出低电平，Q2导通，选中右侧数码管，显示段码值所对应的字形。
第7步：延时3-5ms。
第8步：P31输出高电平，关断Q2。
通过上面所讲的1~8步不断循环，就可以实现数码管动态显示。

　　该实验用到实验板的资源电路图如下：

　　其中P0口是段码，低电平有效。P2口是位码，高电平有效。P2.0口控制第1个数码管，一直到P2.7口控制第8个。该板的段码表如下：

　　各个数码管的段码都是p0口的输出,即各个数码管输入的段码都是一样的, 为了使其分别显示不同的数字, 可采用动态显示的方式,即先只让最低位显示0(含点)，经过一段延时，再只让次低位显示1，如此类推。由视觉暂留,只要我们的延时时间足够短，就能够使得数码的显示看起来非常的稳定清楚。过程如下图。

　　采用上述方法思路编写如下：

　　org 0000h

　　start: mov a,#08h ;0 ;段码
　　mov p0,a
　　mov p2,#01h ;位码
　　lcall delay_1ms

　　mov a,#0abh ;1
　　mov p0,a
　　mov p2,#02h
　　lcall delay_1ms

　　mov a,#12h ;2
　　mov p0,a
　　mov p2,#04h
　　lcall delay_1ms

　　mov a,#22h ;3
　　mov p0,a
　　mov p2,#08h
　　lcall delay_1ms

　　mov a,#0a1h ;4
　　mov p0,a
　　mov p2,#10h
　　lcall delay_1ms

　　mov a,#24h ;5
　　mov p0,a
　　mov p2,#20h
　　lcall delay_1ms

　　mov a,#04h ;6
　　mov p0,a
　　mov p2,#40h
　　lcall delay_1ms

　　; mov a,#0aah ;7
　　; mov p0,a
　　mov p0,#0aah ;感觉用这句和上面两句实现一样，可能这种习惯以后会有用吧
　　mov p2,#80h
　　lcall delay_1ms

　　ljmp start

　　delay_1ms: mov r6,#2
　　temp: mov r5,#0ffh
　　djnz r5,$
　　djnz r6,temp
　　ret
　　end

　　下载到板上得到测结果为从低到高八位分别显示0到7（含点）。

　　★ 上述方法逐次给P0或者P2赋值，一方面程序的复杂程度增加，另外一方面会使得程序的灵活性降低。如果要改变显示的数字，程序改动起来很麻烦。 所以要用51单片机中常用的一种方法：查表法。例如P0口输出段码时，我们可以把要显示的段码放在一个表格中，然后每次从这个表格里面取数，送到P0口即可。P2口输出位码时，可以把要用的位码放在另一个表格里，每次从此表中取数，送入P2口。这样，如果要改变显示的数字，只需要改变表格里面的数。

　　org 0000h

　　start: mov r7,#0ffh ;r7,r6查表时送入变址寄存器a (因自加1后为0,所以预置ffh)
　　mov r6,#0ffh
　　loop: lcall play1 ;调用显示段码子程序
　　lcall play2 ;调用显示位码子程序
　　lcall delay_1ms
　　cjne a,#80h,loop ;判断是否到了最左边的数,即第8个位码
　　ajmp start

　　play1: ;查表求段码子程序
　　; mov a,r7
　　; inc a
　　; mov r7,a

　　inc r7 ;这2句和上面三条语句实现功能相同
　　mov a,r7 ;a在这里做变址寄存器

　　mov dptr,#table1 ;表首址送dptr，dptr做基址寄存器
　　movc a,@a+dptr ;基址寄存器加变址寄存器寻址
　　mov p0,a
　　ret

　　play2: ;查表求位码子程序(原理同play1)
　　mov a,r6
　　inc a
　　mov r6,a
　　mov dptr,#table2
　　movc a,@a+dptr
　　mov p2,a
　　ret

　　table1: db 08h,0abh,12h,22h,0a1h,24h,04h,0aah ;段码表
　　table2: db 01h,02h,04h,08h,10h,20h,40h,80h ;位码表

　　delay_1ms: mov r5,#02h ;延时1ms子程序
　　temp: mov r4,#0ffh
　　djnz r4,$
　　djnz r5,temp
　　ret
　　end

　　下载到板上验证得到预想结果。

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　　C51实现如下(参考了AS的例程):

　　#include <reg51.h>
　　#include <intrins.h> // 包含了左移函数_crol_()

　　void delayms(unsigned char ms); // 延时子程序

　　unsigned char data dis_digit; // 位选通值, 传送到P2口用于选通当前数码管的数值,
　　// 如等于0x01时,选通P2.0口数码管

　　unsigned char code dis_code[11]={0x08,0xab,0x12,0x22,0xa1, // 0,1,2,3, 4
　　0x24,0x04,0xaa,0x00,0x20, 0xff}; // 5,6,7,8,9, off

　　unsigned char data dis_buf[8]; // dis_buf 显于缓冲区基地址

　　unsigned char data dis_index; // 显示索引, 用于标识当前显示的数码管和缓冲区的偏移量

　　void main()
　　{
　　P0 = 0xff; // 关闭所有数码管
　　P2 = 0x00;

　　dis_buf[0] = dis_code[0];
　　dis_buf[1] = dis_code[1];
　　dis_buf[2] = dis_code[2];
　　dis_buf[3] = dis_code[3];
　　dis_buf[4] = dis_code[4];
　　dis_buf[5] = dis_code[5];
　　dis_buf[6] = dis_code[6];
　　dis_buf[7] = dis_code[7];

　　dis_digit = 0x01; // 首先选通P2.0
　　dis_index = 0; // 当前偏移量为0

　　while(1)
　　{
　　P0 = dis_buf[dis_index]; // 段码送P0口
　　P2 = dis_digit; // 选能位(即位码)
　　delayms(1); // 延时
　　dis_digit = _crol_(dis_digit, 1); // 位选通左移, 下次选通下一位
　　dis_index++; // 下一个段码

　　dis_index &= 0x07; // 见注释
　　}

　　}
　　void delayms(unsigned char ms) // 延时子程序(晶振12M)
　　{
　　unsigned char i;
　　while(ms--)
　　{
　　for(i = 0; i < 120; i++);
　　}
　　}

　　★ 注释: 此句作用是8个数码管全部扫描完一遍之后，再回到第一个开始下一次扫描。写回一般形式：dis_index = dis_index & 0x07 。这种方法挺新，第一次见到，十六进制的07就是二进制的00000111，这样通过与操作可能控制循环了。比如dis_index 经第一次循环后值为00000001，和0x07与操作后值不变仍为0x01，第二次循环时，其值为0为0x02，与0x07后仍为0x02，一直到其值增为0x07时还是不变的，但再次循环后其值为0x80，再与0x07后就变成0x00了，这样又从初始循环了。此句可用 if (dis_index == 8) dis_index = 0 代替，效果一样。

　　★ 通过C51用上述方法实现时，其段码放在了数组dis_code[11]中，再通过缓冲区数组dis_buf[]将程序中要调用的值装入，这样就可以用下标（偏移量）访问了。这样看上去有些繁锁，但其思路比较清楚，结构上也很明了，具有通用性，便于扩展。

　　★ 另外只要把程序中的延时加长，如delayms(1000)，下载到板上就可以看到实际上数码管是由低位到高位逐位显示的。

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　　若单单就实现这个功能而言，可以直接调入段码数组dis_code[11]中下标从0到7的值，而不必再设置缓冲数组dis_buf[]，实现如下：

　　#include <reg51.h>
　　#include <intrins.h> //_crol_()用

　　void delayms(unsigned char ms); //延时子程序

　　unsigned char data dis_digit; //位选通值, 传送到P2口用于选通当前数码管的数值,
　　//如等于0x01时,选通P2.0口数码管

　　unsigned char code dis_code[11]={0x08,0xab,0x12,0x22,0xa1, // 0,1,2,3,4
　　0x24,0x04,0xaa,0x00,0x20, 0xff}; // 5,6,7,8,9,off

　　unsigned char data dis_index; //显示索引, 用于标识当前显示的数码管和缓冲区的偏移量

　　void main()
　　{
　　P0 = 0xff; // 关闭所有数码管
　　P2 = 0x00;

　　dis_index = 0; // 当前偏移量为0
　　dis_digit = 0x01; // 选通P2.0

　　while(1)
　　{
　　P0 = dis_code[dis_index]; // 段码送P0口
　　P2 = dis_digit; // 位码送P2口
　　delayms(1);

　　dis_digit = _crol_(dis_digit, 1); // 位选通左移, 下次选通下一位

　　dis_index++;
　　dis_index &= 0x07;
　　}
　　}
　　void delayms(unsigned char ms) // 延时子程序(晶振12M)
　　{
　　unsigned char i;
　　while(ms--)
　　{
　　for(i = 0; i < 120; i++);
　　}
　　}

　　★ 通本来是想通过以下方式实现一次循环的：

　　for (dis_index = 0; dis_index < 8; dis_index++)
　　{
　　P0 = dis_code[dis_index]; // 段码送P0口
　　P2 = dis_index+1; // 位码送P2口
　　delayms(1);
　　}

　　可得到的总是错误的结果：第0位到第2位这三位显示的是三个8，第3位显示的是7，高四位没有显示。加长延时逐位观察也没有发现错误的规律，对Keil的调试也不熟悉，先把问题留到这，待找出原因后再补上。

　　[2006.5.2] 找出原因啦，补上：

　　今天又看了一下，找到上面的错误出在哪了。当时是想用dis_index的值做为位码的,即第一位显示0时,段码为dis_code[0], 即dis_index值为0, 此时位码值为1。第二位显示1时,段码为dis_code[1],即dis_index值为1,此时位码值为2。所以就简单用了个加1运算，将P0口的偏移值与P2口的位码联系起来。但仔细想一下位码的原理，上述方法显然是错的，只要再验证一步就明白了，即当第3位显示2时，段码为dis_code[2], dis_index值为2，加1后为3，按上述方法时就将这个3作为了位码，而正确的位码应该是4 (00000100B)。所以出错。实际上这个对应关系是有的，但不是简简单单的加1，位码应该是2的dis_index次幂。即：
　　0－－1
　　1－－2
　　2－－4
　　3－－8
　　4－－16 ……
　　幂次运算函数flaot pow(float x, float y)包含在math.h中, 返回值为xy (float型):

　　for (dis_index = 0; dis_index < 8; dis_index++)
　　{
　　P0 = dis_code[dis_index]; // 段码送P0口
　　P2 = (char) pow(2, dis_index); // 位码送P2口
　　delayms(255);
　　}

　　再次下载到板上发现仍有问题, 即延时很小的时候显示混乱,但加大延时时间(如程序中的值)可以观查到数码管是按位正确显示的。另外用这种方法产生的代码量也很大(从写入速度看,很明显)。这里仅提出了一个思路，只在此实验中适用，意义不大，到此为止。

　　[补充结束]

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　　AS中绐出的例程是利用定时中断做的延时，参考修改到我的板上，程序如下：

　　#include <reg51.h>
　　#include <intrins.h> // 包含了左移函数_crol_()

　　unsigned char data dis_digit; // 位选通值, 传送到P2口用于选通当前数码管的数值,
　　// 如等于0x01时,选通P2.0口数码管

　　unsigned char code dis_code[11]={0x08,0xab,0x12,0x22,0xa1, // 0,1,2,3,4
　　0x24,0x04,0xaa,0x00,0x20, 0xff}; // 5,6,7,8,9,off

　　unsigned char data dis_buf[8]; // dis_buf 显于缓冲区基地址

　　unsigned char data dis_index; // 显示索引, 用于标识当前显示的数码管和缓冲区的偏移量

　　void main()
　　{
　　P0 = 0xff; //关闭所有数码管
　　P2 = 0x00;

　　TMOD = 0x01; // 00000001B 定时计数器0工作在方式1，16位定时器/计数器
　　TH0 = 0xFC;
　　TL0 = 0x17; // 预置初值 FC17H=64535D, 216-64535=1001us=1ms

　　IE = 0x82; // 10000010B T0溢出中断允许

　　dis_buf[0] = dis_code[0x0];
　　dis_buf[1] = dis_code[0x1];
　　dis_buf[2] = dis_code[0x2];
　　dis_buf[3] = dis_code[0x3];
　　dis_buf[4] = dis_code[0x4];
　　dis_buf[5] = dis_code[0x5];
　　dis_buf[6] = dis_code[0x6];
　　dis_buf[7] = dis_code[0x7];

　　dis_digit = 0x01; // 选通第0位数码管
　　dis_index = 0; // 偏移初值为0

　　TR0 = 1; // 启动T0
　　while(1); // 循环等待中断

　　}

　　void timer0() interrupt 1 // 定时器0中断服务程序, 用于数码管的动态扫描

　　{
　　TH0 = 0xFC; // 发生中断定时/计数器重装初值
　　TL0 = 0x17; // 感觉此处(及上)应该是0x18,而不是17，分析如下

　　P2 = 0x00; // 先关闭所有数码管
　　P0 = dis_buf[dis_index]; // 段码送P0口
　　P2 = dis_digit; // 位码送P2口

　　dis_digit = _crol_(dis_digit,1); // 位选通值左移, 下次中断时选通下一位数码管
　　dis_index++;

　　dis_index &= 0x07; // 8个数码管全部扫描完一遍之后，再回到第一个开始下一次扫描
　　}

　　★ 定时器/计数器的输入脉冲周期与机器周期一样, 为时钟振荡频率的1/12。晶振用12M时，输入脉冲周期间隔为1us。机器周期为 1us。设T0的初值为X，计算初值的方法：本例中定时器用方式1，是16位的定时器，即最大值为216＝65536，超过此值将发生溢出，引起中断，进入中断处理程序。这里要让其延时1ms，即1000us, 则有式216－X＝1000，可得X＝64536，换算为16进制为FC18，即初值TH0=0xFC，TL0=0x18。即定时器由64536开始计数，经1000次计数后值为65536，将发生定时中断，再进入中断处理子程序后，重新装和初值，如此循环下去。
　　而在上例中其装入的初值并非FC18（64536），而是FC17（64535）。我想大概认为其计数范围在0～65565的原因吧，我也想过这个问题，是用216-计数初值=中断间隔 呢,还是用(216-1)-计数初值=中断间隔呢? 随手查了几本书, 说法不一,不过用前者的较多, 我自己也认为前者比较合理, 因为在计算机中16位的二进制不能表示65536, 在各位均为1时表示的值为65535, 即65535H=1111111111111111B, 也可以说65536是溢出得到的。而何时响应中断就成了关键，拿上例来说，如设初值为64535（FC17），则计数到65535时，已经计数为1000个，即1ms，但此时并未发生溢出，因此也没有触发中断。而是在下一个计数后才发生。确切值应为1001us。若初值为64536（FC18），则恰好为所需值，所以上例中的初值应该用FC18而不是FC17。这仅仅是我自己的一点看法，至于是不是这样，还有待进一步考证。

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　　最终下载到实验板上结果：

　　######################################补充########################################

　　用Proteus仿真结果如下(某一状态的截图):

　　★ 该电路段码是按与板上接法对应的,即按前面的段码表次序连接。另外这个八位的仿真数码管最左端是第一位，最右端是第八位，与板上的顺序相反，所以接为了统一，该图以板为准连接。上图不加上拉电阻也可仿真出结果，只是P0口高电平显示为灰，即高阻。

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