51单片机基础-静态数码管显示

第五章 驱动静态数码管显示

1. 导入

在掌握了LED与蜂鸣器的控制后，本章将引入一种更复杂的输出设备------数码管。数码管能够显示数字和部分字符，广泛应用于电子钟、计数器、仪表等场合。

本章聚焦于静态数码管显示，即每个数码管的段选线独立控制，不采用动态扫描方式。通过本章学习，你将掌握：

• 数码管的结构与工作原理；
• 共阴极与共阳极数码管的驱动方法；
• 如何通过单片机I/O口输出特定段码以显示数字；
• 实现数字0~9的静态显示；
• 为后续学习动态扫描、多位显示打下基础。

---

2. 硬件设计

2.1 数码管结构

最常见的数码管为7段数码管 （含a、b、c、d、e、f、g七段）和8段数码管（加一个小数点dp）。

引脚排列通常为双列直插形式，共10个引脚（含两个公共端）。

2.2 数码管类型

类型	公共端	特点
共阴极（Common Cathode）	所有LED阴极连在一起接GND	段选线输入高电平点亮对应段
共阳极（Common Anode）	所有LED阳极连在一起接VCC	段选线输入低电平点亮对应段

本章以共阴极数码管为例。

2.3 引脚识别

使用万用表"二极管档"识别数码管引脚：

1. 找公共端：若某引脚与其他多个引脚导通且红笔接该脚时亮，则为共阴极公共端；
2. 确认a~g及dp段对应引脚。

2.4 电路连接

假设使用共阴极数码管，段选线（a~g, dp）连接到P0口：

数码管段	连接单片机引脚
a	P0.0
b	P0.1
c	P0.2
d	P0.3
e	P0.4
f	P0.5
g	P0.6
dp	P0.7

公共端（COM）接地（GND）。

注意：P0口为开漏输出，必须外接上拉电阻（10kΩ排阻）或使用驱动芯片。

---

3. 软件设计

3.1 段码编码原理

要显示某个数字，需点亮特定段。例如：

• 显示"0"：a、b、c、d、e、f 亮 → g灭 → 0x3F（共阴极）
• 显示"1"：b、c 亮 → 0x06
• 显示"2"：a、b、d、e、g 亮 → 0x5B

共阴极数码管段码表（a~g, dp 对应 P0.0 ~ P0.7）

数字	段码（十六进制）	说明
0	0x3F	abcdef
1	0x06	bc
2	0x5B	abged
3	0x4F	abgcd
4	0x66	fgbc
5	0x6D	afgcd
6	0x7D	afgcde
7	0x07	abc
8	0x7F	abcdefg
9	0x6F	abcdfg

段码计算方式：假设 a=P0.0, b=P0.1, ..., g=P0.6, dp=P0.7，则"0"对应二进制 00111111 = 0x3F。

3.2 定义段码数组

#include <reg52.h>

// 共阴极段码表
unsigned char code seg_code[] = {
    0x3F, // 0
    0x06, // 1
    0x5B, // 2
    0x4F, // 3
    0x66, // 4
    0x6D, // 5
    0x7D, // 6
    0x07, // 7
    0x7F, // 8
    0x6F  // 9
};

使用 code 关键字将数据存入程序存储器（Flash），节省RAM。

3.3 简单静态显示"8"

void main() {
    P0 = seg_code[8];  // 显示数字8
    while(1);          // 保持
}

若P0接的是a~g段，则显示"8"。

---

3.4 循环显示0~9

void delay_ms(unsigned int ms) {
    unsigned int i, j;
    for (i = 0; i < ms; i++)
        for (j = 0; j < 125; j++);
}

void main() {
    unsigned char i;
    while(1) {
        for (i = 0; i < 10; i++) {
            P0 = seg_code[i];    // 显示数字i
            delay_ms(500);       // 延时500ms
        }
    }
}

实现0~9依次显示，每秒切换一次。

---

3.5 显示带小数点的数字

若需显示"5."，即数字5加小数点亮：

P0 = seg_code[5] | 0x80;  // 0x80 = 10000000，点亮dp

| 0x80 表示将P0.7置1（共阴极，高电平点亮dp）。

---

3.6 多位静态数码管显示（扩展）

若系统中有多个数码管，每个都独立连接到不同I/O口（如P0、P1、P2），则可分别控制。

例如：

• 数码管1 → P0（显示十位）
• 数码管2 → P1（显示个位）

显示数字"25"：

P0 = seg_code[2];  // 十位显示2
P1 = seg_code[5];  // 个位显示5

此为真正"静态显示"，每个数码管持续点亮，无需扫描。

---

3.7 编译与下载

• Keil中新建工程，包含代码；
• 确保reg52.h正确；
• 编译生成HEX文件；
• 使用STC-ISP下载至单片机；
• 观察数码管是否按预期显示数字。

若显示混乱：

• 检查段选线连接是否错位；
• 确认数码管是共阴还是共阳；
• 若为共阳极，段码需取反：~seg_code[i]。

---

4. 小结

本章通过驱动静态数码管，掌握了数字显示的基本原理与实现方法，主要内容包括：

• 硬件连接：学会识别数码管类型与引脚，正确连接段选线与公共端；
• 段码编码：理解a~g段与数字的关系，掌握共阴极与共阳极的编码差异；
• 软件实现：使用数组存储段码，实现0~9循环显示；
• 扩展能力：支持小数点显示与多位静态控制；
• 开发流程：完成从设计、编码到烧录验证的全过程。

4.1 常见问题与解决

问题	原因	解决方法
数码管不亮	未供电、公共端未接地/接VCC	检查电源与公共端连接
显示乱码	段选线接错	对照段码表逐段测试
某段不亮	对应I/O未输出、线路断开	用万用表测电压
亮度低	P0口无上拉电阻	外接10kΩ上拉排阻
显示固定	程序未循环或跑飞	检查while(1)与延时函数

4.2 下一步学习建议

• 学习动态数码管扫描，节省I/O资源；
• 使用定时器实现精确显示刷新；
• 实现计时器功能，结合数码管显示时间；
• 引入按键，实现数字可调输入。

本章标志着你已掌握基本的数字显示能力，下一章将进入动态数码管扫描的学习，进一步提升显示控制水平。

---