跟我學(xué)51單片機（五）：?jiǎn)纹瑱C動(dòng)態(tài)掃描驅動(dòng)數碼管

　　本刊第四期介紹了單片機外接鍵盤(pán)的原理，并給出了應用實(shí)例。本期將介紹單片機動(dòng)態(tài)驅動(dòng)段式數碼管。通過(guò)該講，讀者可以掌握段式數碼管的工作原理和如何通過(guò)動(dòng)態(tài)驅動(dòng)的方法設計電路以及程序。

　　二、原理簡(jiǎn)介

　　常用的段式數碼管有七段式和八段式，八段比七段多了一個(gè)小數點(diǎn)，其他的基本相同。所謂的幾段就是指數碼管里有相應的幾個(gè)小LED 發(fā)光二極管，通過(guò)控制不同的LED 的亮滅來(lái)顯示出不同的字形（見(jiàn)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(yáng)極和共陰極兩種類(lèi)型。共陰極則是所有的二極管的陰極連接在一起，而陽(yáng)極是分離的（見(jiàn)圖1（b））；而共陽(yáng)極就是所有二極管的陽(yáng)極是公共相連，而陰極則是分離的（見(jiàn)圖1（c））。本學(xué)習板采用的是八段共陰極數碼管，型號為L(cháng)G3641AH。

圖1 數碼管內部結構圖

　　前文所述，數碼管與發(fā)光二極管的工作原理相同，共陽(yáng)極時(shí)，所有正端接電源正極，當負端有低電平時(shí)，該段有電流流過(guò)，發(fā)光管亮，當負端為高電平時(shí)，該段無(wú)電流流過(guò)，發(fā)光管不亮。要顯示什么數字，就使對應的段為低電平（見(jiàn)表1）。共陰極與共陽(yáng)極的電平變化狀態(tài)相反。當每個(gè)段的驅動(dòng)電流為2~20mA，電流越大，發(fā)光越亮。

表1 顯示的數字和七段碼各位的對應關(guān)系表

　　常用的七段式數碼管的硬件驅動(dòng)設計方法有：靜態(tài)驅動(dòng)與動(dòng)態(tài)驅動(dòng)。

　　靜態(tài)驅動(dòng)即指每個(gè)數碼管的數據線(xiàn)都有一個(gè)單獨的數據鎖存器，數據鎖存器輸入的數據由使能端控制，當使能端為高電平時(shí)，數據線(xiàn)上的數據（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，在軟件設計上不要求程序循環(huán)，也不存在顯示數字發(fā)生閃爍。但是這樣會(huì )占用很多口線(xiàn)。

　　動(dòng)態(tài)顯示是將所有位數碼管的段選線(xiàn)并聯(lián)在一起，由位選線(xiàn)控制是哪一位數碼管有效。這樣一來(lái)，就沒(méi)有必要每一位數碼管配一個(gè)鎖存器，從而節省了口線(xiàn)，地簡(jiǎn)化了硬件電路。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人的感覺(jué)好像各位數碼管同時(shí)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，驅動(dòng)八個(gè)八段數碼管總共用了6 個(gè)單片機IO 口，其中三個(gè)IO通過(guò)控制74HC595 來(lái)實(shí)現對數碼管中的各段驅動(dòng)，另外三個(gè)IO 通過(guò)控制74HC138 來(lái)實(shí)現對8 個(gè)數碼管中的公共端驅動(dòng)。此外為了增加74HC595 輸出的驅動(dòng)能力，在其輸出后接了一級74HC245 芯片，以提高驅動(dòng)能力，增加數碼管的亮度。在這里對這三個(gè)芯片進(jìn)行介紹說(shuō)明。

圖2 數碼管動(dòng)態(tài)驅動(dòng)電路圖

　　74HC138 是常用的3-8 線(xiàn)譯碼器， 即具有3 個(gè)輸入端（ 管腳1,2,3） 與8 個(gè)輸出端（ 管腳15,14,13,12,11,10,9,7），作用為完成3 位二進(jìn)制數據到8 位片選的譯碼。也就是說(shuō)，3 個(gè)輸入端對應8 個(gè)二進(jìn)制數據（000,001,010,011,100,101,110,111），對于每個(gè)輸入的數據，輸出端相應位輸出低電平，其他7 位輸出高電平。74HC138 具有2 個(gè)低電平使能端（管腳4,5）與1 個(gè)高電平使能端（管腳6）， 當低電平使能端接低電平且高電平使能端接高電平時(shí)74HC138 才能正常工作，否則8 個(gè)輸出端全部輸出高電平。因此在本學(xué)習板上設置一個(gè)跳線(xiàn)，如圖2 中所示中的SM-EN 短路塊，跳上時(shí)表示接低電平，74HC138 正常工作，跳開(kāi)時(shí)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