5.2 单片机驱动8位LED数码管的电路与程序详解

5.2.1 多位LED数码管外形、结构与检测

1.外形与类型

图5-9是4位LED数码管，它有两排共12个引脚，其内部发光二极管有共阳极和共阴极两种连接方式，如图5-10所示。其中12、9、8、6脚分别为各位数码管的公共极（又称位极），11、7、4、2、1、10、5、3脚同时连接各位数码管的相应段，称为段极。

2.多位LED数码管显示多位字符的显示原理

多位LED数码管采用了扫描显示方式，又称动态驱动方式。为了让大家理解该显示原理，这里以在图5-9所示的4位LED数码管上显示“1278”为例来说明，假设其内部发光二极管为图5-10b所示的共阴极连接方式。

先给数码管的12脚加一个低电平（9、8、6脚为高电平），再给7、4脚加高电平（11、2、1、10、5脚均低电平），结果第一位的b、c段发光二极管点亮，第一位显示“1”，由于9、8、6脚均为高电平，故第二、三、四位中的所有发光二极管均无法导通而不显示；然后给9脚加一个低电平（12、8、6脚为高电平），给11、7、2、1、5脚加高电平（4、10脚为低电平），第二位的a、b、d、e、g段发光二极管点亮，第二位显示“2”，同样原理，在第三位和第四位分别显示数字“7”“8”。

多位数码管的数字虽然是一位一位地显示出来的，但除了LED有余辉效应（断电后LED还能亮一定时间）外，人眼还具有视觉暂留特性（所谓视觉暂留特性是指当人眼看见一个物体后，如果物体消失，人眼还会觉得物体仍在原位置，这种感觉约保留0.04s的时间），当数码管显示到最后一位数字“8”时，人眼会感觉前面3位数字还在显示，故看起来好像是一下子显示“1278”4位数。

3.检测

检测多位LED数码管时可使用万用表的R×10k档。从图5-10所示的多位数码管内部发光二极管的连接方式可以看出，对于共阳极多位数码管，黑表笔接某一位极、红表笔依次接其他各极时，会出现8次小阻值；对于共阴极多位数码管，红表笔接某一位极、黑表笔依次接其他各极时，也会出现8次小阻值。其类型与公共极的判别，以及各段极的判别与单个数码管的判别方法基本相同，不再赘述。

5.2.2 单片机连接8位共阴极数码管的电路

图5-11是单片机连接8位共阴极数码管的电路，它将两个4位共阴极数码管的8个段极引脚在外部并联而拼成一个8位共阴极数码管，该8位共阴极数码管有8个段极引脚和8个位极引脚。

单片机要采用P0端口8个引脚来驱动16个引脚的8位数码管显示字符，P0端口既要输出位码，又要输出段码，这需要使用分时输出功能。电路中采用了两个8路锁存器芯片74HC573，并配合单片机的P2.2端口（段锁存）和P2.3端口（位锁存）来实现分时输出驱动8位数码管。

图5-12为74HC573的功能表。从中可以看出，当（输出使能）端为低电平（L）、LE（锁存使能）端为高电平（H）时，Q端随D端变化而变化；当端为低电平、LE端也为低电平时，Q端输出不变化（输出状态被锁定）。在图5-11中，两个74HC573的端都接地固定为低电平（L），当LE端为高电平时，Q端状态与D端保持一致（即Q=D），一旦LE端为低电平时，Q端输出状态马上被锁定，D端变化时Q端保持不变。

5.2.3 8位数码管显示1个字符的程序与说明

图5-13是8位数码管显示1个字符的程序。程序执行时，8位数码管的最低位显示字符“2”。

该程序先让单片机从P0.7～P0.0引脚输出位码11111110（FEH）送到U2的8D～1D端，然后从P2.3端口输出高电平到U2的LE端，U2（锁存器74HC573）开通，输出端状态随输入端变化而变化，接着P2.3端口的高电平变成低电平，U2的LE端也为低电平，U2被封锁，8Q～1Q端的值11111110被锁定不变（此时D端变化，Q端不变），11111110送到8位共阴极数码管的位极，最低位数码管位极为低电平，等待显示；单片机再从P0.7～P0.0端口输出“2”的段码01011011（5BH）送到U1的8D～1D端，然后从P2.2端口输出高电平到U1（锁存器74HC573）的LE端，U1开通，输出端状态随输入端变化而变化，接着P2.2端口的高电平变成低电平，U1的LE端也为低电平，U1被封锁，8Q～1Q端的值01011011被锁定不变，01011011送到8位共阴极数码管的各个数码管的段极，由于只有最低位数码管的位极为低电平，故只有最低位数码管显示字符“2”。

5.2.4 8位数码管逐位显示8个字符的程序与说明

图5-14是8位数码管逐位显示8个字符的程序。程序运行时，8位数码管从最低位开始到最高位，逐位显示字符“0”“1”“2”“3”“4”“5”“6”“7”，并且不断循环显示。

该程序使单片机先从WMtable表格中选择第1个位码（i=0时），并从P0.7～P0.0端口输出位码至位码锁存器，位码从锁存器输出后到8位数码管的位引脚，选中第1位（该位引脚为高电平）使之处于待显状态，然后单片机从P2.3端口输出位码锁存信号至位锁存器，锁定其输出端位码不变，接着单片机从DMtable表格中选择第1个段码（i=0时），并从P0.7～P0.0端口输出段码至段码锁存器，段码从锁存器输出后到8位数码管的段引脚，已被位码选中的数码管第1位则显示出与段码相对应的字符，然后单片机从P2.2端口输出段码锁存信号至段锁存器，锁定其输出端段码不变，之后用i++语句将i值加1，程序再返回让单片机从WMtable、DMtable表格中选择第2个位码和第2个段码（i=1时），在8位数码管的第2位显示与段码对应的字符。当i增加到8时，8位数码管显示到最后一位，程序用i=0让i由8变为0，程序返回到前面后单片机又重新开始从WMtable、DMtable表格中选择第1个位码和段码，让8位数码管又从最低位开始显示，以后不断重复上述过程，结果可看到8位数码管从最低位到最高位逐位显示0～7，并且不断循环反复。

5.2.5 8位数码管同时显示8个字符的程序与说明

图5-15是8位数码管同时显示8个字符的程序。程序执行时8位数码管同时显示字符“01234567”。

本程序与图5-14程序基本相同，仅是将Delay延时函数的输入参数t的值由60000改成100，这样显示一个字符后间隔很短时间就显示下一个字符，只要显示第一个字符到显示最后一个字符的时间不超过0.04s（人眼视觉暂留时间），人眼就会感觉这几个逐位显示的字符是同时显示出来的。

5.2.6 8位数码管动态显示8个以上字符的程序与说明

图5-16是8位数码管动态显示8个以上字符的程序。程序执行时，8位数码管动态依次显示“01234567”“12345678”“23456789”…“89AbCdEF”“01234567”…，并且不断循环显示。

程序先定义了两个表格：一个表格按顺序存放0～F的段码；另一表格按低位到高位的顺序存放8位数码管的各位位码。程序运行时，先显示第一屏字符“01234567”，第一次显示完后，i=8、j=8，第一个if语句执行让i=0，第二、三个if语句都不会执行，因为j不等于600，无法执行第二个if语句，又因为第三个if语句嵌在第二个if语句内，所以第三个if语句也不会执行，程序返回前面又执行显示“01234567”程序段，第二次显示完后，i=8、j=16，程序再返回前面执行显示“01234567”程序段，这种不断重复显示相同内容字符的过程称为刷新。当i=8、j=600时，第一、二个if语句都执行，第一个if语句让i=0，第二个if语句让j=0、num加1（由0变为1），第三个if语句还不会执行（因为num不等于9），程序返回前面，由于num+i变成了1+i，故从段码表格取第2个字符“1”，该字符又与位码表格最低位段码对应，故数码管显示“12345678”程序段，再不断刷新，直到第二次j=600，第二个if语句又执行，让j=0、num加1变成2，程序又回到前面显示“23456789”，如此反复工作，当num加1变成8时，8位数码管显示“89AbCdEF”，当num加1变成9时，第三个if语句执行，让num=0，程序返回到前面又重新开始使数码管显示“01234567”（因为num+i=i）。之后以上过程不断重复。