跟我學(xué)51單片機(jī)（五）：單片機(jī)動態(tài)掃描驅(qū)動數(shù)碼管

　　本刊第四期介紹了單片機(jī)外接鍵盤的原理，并給出了應(yīng)用實(shí)例。本期將介紹單片機(jī)動態(tài)驅(qū)動段式數(shù)碼管。通過該講，讀者可以掌握段式數(shù)碼管的工作原理和如何通過動態(tài)驅(qū)動的方法設(shè)計(jì)電路以及程序。

　　二、原理簡介

　　常用的段式數(shù)碼管有七段式和八段式，八段比七段多了一個小數(shù)點(diǎn)，其他的基本相同。所謂的幾段就是指數(shù)碼管里有相應(yīng)的幾個小LED 發(fā)光二極管，通過控制不同的LED 的亮滅來顯示出不同的字形（見圖1（a））。從各發(fā)光二極管的電極連接方式又可以分為共陽極和共陰極兩種類型。共陰極則是所有的二極管的陰極連接在一起，而陽極是分離的（見圖1（b））；而共陽極就是所有二極管的陽極是公共相連，而陰極則是分離的（見圖1（c））。本學(xué)習(xí)板采用的是八段共陰極數(shù)碼管，型號為LG3641AH。

圖1 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　前文所述，數(shù)碼管與發(fā)光二極管的工作原理相同，共陽極時，所有正端接電源正極，當(dāng)負(fù)端有低電平時，該段有電流流過，發(fā)光管亮，當(dāng)負(fù)端為高電平時，該段無電流流過，發(fā)光管不亮。要顯示什么數(shù)字，就使對應(yīng)的段為低電平（見表1）。共陰極與共陽極的電平變化狀態(tài)相反。當(dāng)每個段的驅(qū)動電流為2~20mA，電流越大，發(fā)光越亮。

表1 顯示的數(shù)字和七段碼各位的對應(yīng)關(guān)系表

　　常用的七段式數(shù)碼管的硬件驅(qū)動設(shè)計(jì)方法有：靜態(tài)驅(qū)動與動態(tài)驅(qū)動。

　　靜態(tài)驅(qū)動即指每個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)線都有一個單獨(dú)的數(shù)據(jù)鎖存器，數(shù)據(jù)鎖存器輸入的數(shù)據(jù)由使能端控制，當(dāng)使能端為高電平時，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)（要顯示的七段碼）進(jìn)入顯示器，使能端與地址譯碼器的輸出相連，要顯示那位，則選通那位的地址，在軟件設(shè)計(jì)上不要求程序循環(huán)，也不存在顯示數(shù)字發(fā)生閃爍。但是這樣會占用很多口線。

　　動態(tài)顯示是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而節(jié)省了口線，地簡化了硬件電路。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。

　　三、電路詳解

　　此講的電路圖如圖2。從圖2 中可以看出，驅(qū)動八個八段數(shù)碼管總共用了6 個單片機(jī)IO 口，其中三個IO通過控制74HC595 來實(shí)現(xiàn)對數(shù)碼管中的各段驅(qū)動，另外三個IO 通過控制74HC138 來實(shí)現(xiàn)對8 個數(shù)碼管中的公共端驅(qū)動。此外為了增加74HC595 輸出的驅(qū)動能力，在其輸出后接了一級74HC245 芯片，以提高驅(qū)動能力，增加數(shù)碼管的亮度。在這里對這三個芯片進(jìn)行介紹說明。

圖2 數(shù)碼管動態(tài)驅(qū)動電路圖

　　74HC138 是常用的3-8 線譯碼器， 即具有3 個輸入端（ 管腳1,2,3） 與8 個輸出端（ 管腳15,14,13,12,11,10,9,7），作用為完成3 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)到8 位片選的譯碼。也就是說，3 個輸入端對應(yīng)8 個二進(jìn)制數(shù)據(jù)（000,001,010,011,100,101,110,111），對于每個輸入的數(shù)據(jù)，輸出端相應(yīng)位輸出低電平，其他7 位輸出高電平。74HC138 具有2 個低電平使能端（管腳4,5）與1 個高電平使能端（管腳6）， 當(dāng)?shù)碗娖绞鼓芏私拥碗娖角腋唠娖绞鼓芏私痈唠娖綍r74HC138 才能正常工作，否則8 個輸出端全部輸出高電平。因此在本學(xué)習(xí)板上設(shè)置一個跳線，如圖2 中所示中的SM-EN 短路塊，跳上時表示接低電平，74HC138 正常工作，跳開時表示接高電平，74HC138 不工作。74HC138 的真值表如表2 所示：H 代表高電平，L 代表低電平，X 代表不定的狀態(tài)。

表2 74HC138輸入輸出真值表