跟我學51單片機（五）：單片機動態(tài)掃描驅動數(shù)碼管

　　本刊第四期介紹了單片機外接鍵盤的原理，并給出了應用實例。本期將介紹單片機動態(tài)驅動段式數(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)驅動的方法設計電路以及程序。

　　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，其他的基本相同。所謂的幾段就是指數(shù)碼管里有相應的幾個小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））。本學習板采用的是八段共陰極數(shù)碼管，型號為LG3641AH。

圖1 數(shù)碼管內部結構圖

　　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，當負端有低電平時，該段有電流流過，發(fā)光管亮，當負端為高電平時，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。當每個段的驅動電流為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關系表

　　常用的七段式數(shù)碼管的硬件驅動設計方法有：靜態(tài)驅動與動態(tài)驅動。

　　靜態(tài)驅動即指每個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)線都有一個單獨的數(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(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，驅動八個八段數(shù)碼管總共用了6 個單片機IO 口，其中三個IO通過控制74HC595 來實現(xiàn)對數(shù)碼管中的各段驅動，另外三個IO 通過控制74HC138 來實現(xiàn)對8 個數(shù)碼管中的公共端驅動。此外為了增加74HC595 輸出的驅動能力，在其輸出后接了一級74HC245 芯片，以提高驅動能力，增加數(shù)碼管的亮度。在這里對這三個芯片進行介紹說明。

圖2 數(shù)碼管動態(tài)驅動電路圖

　　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 位二進制數(shù)據(jù)到8 位片選的譯碼。也就是說，3 個輸入端對應8 個二進制數(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?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。因此在本學習板上設置一個跳線，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