數碼管由于發(fā)光亮度強，指示效果好，非常適合于電梯樓層等數值顯示應用中。對于一位數碼管，可以采用靜態(tài)顯示，但實際應用中都是需要顯示多位數值，數碼管模塊也只能動態(tài)顯示，因此筆者在這里簡單分析一下數碼管動態(tài)掃描驅動的實現。

1. 數碼管原理概述

數碼管由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只引出它們的各個筆劃，公共電極。數碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構成的，加上小數點就是8個。這些段分別由字母a，b，c，d，e，f，g，dp來表示。數碼管根據內部接法又可分成共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM）的數碼管（如下圖SM*10501），共陰數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數碼管如下圖（SM*20501）。以共陽數碼管為例，要想顯示數字2，需把A、B、G、E、D段點亮，即公共端接上正電源，ABGED段陰極拉低，其余段拉高即可顯示數字2。

2. 硬件設計

筆者此處以四位一體共陽數碼管顯示為例講解其大概的硬件設計。

微控制器的IO口均不能流過過大的電流，LED點亮時有約10ms的電流，因此數碼管的段碼輸出不要直接接單片機IO口，應先經過一個緩沖器74HC573。單片機IO口只需很小的電流控制74HC573即可間接的控制數碼管段的顯示，而74HC573輸出也能負載約10ms的電流。設置數碼管段的驅動電流為ID=15ma，這個電流點亮度好，并且有一定的裕度，即使電源輸出電壓偏高也不會燒毀LED，限流電阻值R = （VCC- VCE– VOL– VLED） / ID

VCC為5v供電，VCE為三極管C、E間飽和電壓，估為0.2v， VOL為74hc573輸出低電平時電壓，不同灌電流，此值不一樣，估為0.2v，具體查看規(guī)格書，VLED為紅光驅動電壓，估為1.7v，根據上式可算出限流電阻為R = 200R。

數碼管需接收逐個掃描信號，掃描到相應數碼管時，對應的段碼數據有效，即顯示這個數碼管的數值。筆者采用三線八線譯碼器74HC138來產生對應的掃描線信號。

當各個段碼均點亮時，電流約15max8=90ma流過數碼管公共端，74HC138無法直接驅動這個電流，需加三極管驅動，由于74HC138輸出低電平有效，此處只有PNP三極管適合作為驅動。三極管基極電流設為2ma即可讓三極管飽和，最大驅動電流遠大于90ma。基極偏置電阻阻值

Rb=（VCC- VEB– VOL） / IB

VCC為5v供電，VEB為三極管E、B間的導通電壓0.7v，VOL為74hc138輸出低電平時電壓，可根據規(guī)格書估為0.3v，故Rb= 2k即可。

圖2-1 四位一體數碼管原理圖

3. 驅動實現

數碼管段碼接P0口，位碼接P2口第0~2位。對于LED顯示器都是有一個刷新頻率的，同樣對于數碼碼動態(tài)掃描也需要一個掃描頻率。掃描頻率下限為50HZ，低于一定的掃描頻率，顯示會閃爍。頻率過高，則亮度較差且占用cpu資源。一般整個數碼管掃描一遍時間為約10ms較合適（即掃描頻率100HZ），我們用的是四位數碼管，每個數碼管點亮時間為2ms，掃描一遍時間為8ms。為保證這個刷新頻率，通過是通過定時器來周期性進行數碼管刷新。筆者在此以四位一體數碼管實現秒表計數顯示為例來作代碼開發(fā)。

數碼管動態(tài)顯示功能實現模塊文件DigitalTubeTable.c內容如下：

#include “reg52.h”

#include“DigitalTube.h”

// 數值相對應的段碼，共陽極

static unsigned char codeDigitalTubeTable［12］= { // 共陽LED段碼表

0xc0， 0xf9， 0xa4， 0xb0， 0x99，0x92， 0x82， 0xf8， 0x80， 0x90， 0xff， 0xbf

//“0” “1” “2” “3” “4” “5” “6” “7” “8” “9” “不亮” “-”

};

// 每個數碼管需一個字節(jié)的內存保存對應數碼管數據

static unsigned charFrameBuffer［DigitalTubeNumber］;

unsigned char*DigitalTube_GetBuffer（）

{

return FrameBuffer;

}

void DigitalTube_Scan（）

{

static unsigned char Select = 0; // 記錄掃描的選擇線

unsigned char Code;

// 從對應選擇線中找到顯存數據，并得到相應的段碼

Code = DigitalTubeTable［FrameBuffer［Select］］;

// 段碼實際輸出到數碼管接口

DigitalTube_Data（Code）;

// 位選實際輸出到數碼管接口

DigitalTube_Select（Select）;

Select++; // 進入到下一位選掃描

if （Select 》= DigitalTubeNumber） {

Select = 0; // 所有數碼管已掃描，從第一個數碼管再次開始掃描

}

}

我們在數碼管模塊頭文件DigitalTube.h中實現模塊的接口訪問宏實現，使之方便移植及修改接口配置。模塊頭文件同時也引出模塊的接口函數，void DigitalTube_Scan（void）為數碼管刷新函數，需周期性調用刷新數碼管顯示。unsigned char *DigitalTube_GetBuffer（void）用來獲得數碼管顯存，從而更新數碼管顯存數據。其內容如下：

#ifndef __DigitalTube_H__

#define __DigitalTube_H__

#ifdef __cplusplus

extern “C” {

#endif

// 數碼管模塊中的個數，最大為8

#define DigitalTubeNumber 4

// 輸出數碼管位選

#defineDigitalTube_Select（Select） {P2 = （P2&0xf8） + （Select）;}

// 輸出數碼管段碼

#define DigitalTube_Data（Dat） {P0 =（Dat）;}

// 數碼管刷新函數，必須保證以一定周期調用刷新

void DigitalTube_Scan（void）;

// 獲得數碼管顯存，以作顯示的數據更新

unsigned char*DigitalTube_GetBuffer（void）;

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif /*__DigitalTube_H__*/

外部模塊通過引入數碼管的模塊頭文件DigitalTube.h來實現調用數碼管驅動函數，簡單測試調用（秒表數碼管顯示計數）實現如下：

#include“reg52.h”

#include“DigitalTube.h”

// 以定時器時間為計時標準，記錄時間間隔

static volatile unsignedint SystemTick = 0;

// 定時器2ms中斷處理進行數碼管刷新

void T0_Interrupt（）interrupt 1

{

TH0 = （65536-2000） / 256;

TL0 = （65536-2000） % 256;

SystemTick++; // 記錄時間間隔

DigitalTube_Scan（）; //刷新數碼管

}

void T0_Init（）

{

TMOD = 0x01; // 定時器0工作方式1

// 2ms計時中斷（12M）

TH0 = （65536-2000） / 256;

TL0 = （65536-2000） % 256;

ET0 = 1; // 定時器T0中斷允許

EA = 1; // 總中斷允許

}

void main（）

{

unsigned char *pBuffer;

unsigned char i;

// 定時器初始化

T0_Init（）;

// 獲得數碼管顯存，以作更新數據顯示

pBuffer = DigitalTube_GetBuffer（）;

// 數據管顯存初始化顯示0

for （i=0; i

pBuffer［i］ = 0;

}

// 開啟定時器進行計時以及數碼管刷新

TR0 = 1;

while（1） {

// SystemTick讀數到500時為1s間隔到

if （SystemTick 》 500） {

SystemTick =0; // 重新計秒

// 更新數碼管秒表計數顯存

for （i=0; i

pBuffer［DigitalTubeNumber-1-i］++;

if （pBuffer［DigitalTubeNumber-1-i］ 《10） {

break; // 未到10，不用進位更新高位顯存，退出

} else {