Ai8051U学习之旅（3）- 数码管显示

雾山*** · 发表于 2025-2-22 11:04:12

一、前言

数码管显示是常见的显示器件，最常用的是家电、消费电子上，学会数码管驱动，对于理解数字显示、定时器运用、IO操作都有帮助，今天就先整理一下数码管学习笔记。

二、硬件电路2.1 数码管2.1.1 数码管的基本结构

1) 七段数码管：

ü 最常见的类型，包含7个LED段（a-g），排列成“日”字形。

ü 额外的小数点（DP）段，共8个控制引脚。

ü 每个段对应一个LED，通过通电点亮。

2) 共阳（Common Anode）与共阴（Common Cathode）：

ü 共阳：所有LED的阳极连接在一起，接高电平（VCC），阴极分别控制。

ü 共阴：所有LED的阴极连接在一起，接地（GND），阳极分别控制。

2.1.2 工作原理

1)显示原理：

ü 通过给不同段通电组合显示数字（如数字“0”需要a、b、c、d、e、f段亮）。

ü 需配合限流电阻（通常100-500Ω）保护LED。

2)编码方式：

ü 每个数字对应一个二进制或十六进制编码（段码表）。

ü 例如，共阴数码管显示“0”的段码为 0x3F（二进制 00111111）。

2.1.3 驱动方式

1、静态驱动：

n 每个数码管独立连接控制引脚，适合少量显示。

n 优点：亮度稳定；缺点：占用引脚多。

2、动态扫描（多路复用）：

n 多个数码管共用段引脚，通过快速切换公共端分时显示。

n 优点：节省引脚；缺点：需较高刷新频率（>60Hz）避免闪烁。

2.2 数码管驱动电路

正常情况下，MCU的驱动电路没有那么大或IO不够多时，就需要外围驱动IC来做数码管的驱动电路，最常用的是串转并芯片，AI8051U开发板上用的是经典的74HC595,如下图：

图1 数码管电路图

74HC595是一个8位串行输入、平行输出的位移缓存器：平行输出为三态输出。在SCK的上升沿，单行数据由SDL输人到内部的8位位移缓存器，并由Q7‘输出，而平行输出则是在LCK的上升沿将在8位位移缓存器的数据存人到8位平行输出缓存器。当串行数据输人端OE的控制信号为低使能时，平行输出端的输出值等于平行输出缓存器所存储的值。而当OE为高电位，也就是输出关闭时，平行输出端会维持在高阻抗状态。串行输入，并行输出。

表1 74HC595引脚定义

三、软件设计

知道了驱动原理，接下来就是根据原理写程序，也就是如果让HC595发数据，如果让数据管显示。先简单的显示12345678

3.1 数码管驱动

Dev_Segled.c

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * Copyright(c) 2024, Mark Xu Work Studio R&D Department. All rights reserved.
 * 文件名称 : Dev_Segled.c
 * 文件版本 : V1.0.0
 * 功能描述 : 数码管应用模块
 * 创建人员 : Mark Xu
 * 创建日期 : 2025/02/17
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

#include "Dev_Segled.h"                        

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 配置文件                                         
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
#define SEG_COM_MAX                                (8)                //8位数码管

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 类型重定义                                         
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 常量、宏    
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
U8C segCode[] = {                       //标准字库
//   0    1    2    3    4    5    6    7    8    9    A    B    C    D    E    F
    0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,
//black  -     H    J    K    L    N    o   P    U     t    G    Q    r   M    y
    0x00,0x40,0x76,0x1E,0x70,0x38,0x37,0x5C,0x73,0x3E,0x78,0x3d,0x67,0x50,0x37,0x6e,
    0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF,0x46};    //0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. -1

U8C segCom[SEG_COM_MAX] = {0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};      //位码

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 局部变量 
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
static U8  s_u8DisBuff[SEG_COM_MAX] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};                //显示缓存
static U8  s_u8ComLoopCnt = 0;                                        //轮询值
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 全局变量 
//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 本地函数声明 
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * 函数名称 ：void Segled_Init(void)
 * 功能描述 ：数码管程序初始化
 * 入口参数 ：无
 * 出口参数 ：无
 * 备注说明 ：无
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
void Segled_Init(void)
{

}


/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * 函数名称 ：void HC595_SendDat(U8 i_Dat)
 * 功能描述 ：传输数据
 * 入口参数 ：i_Dat - 要传输的8位数据
 * 出口参数 ：无
 * 备注说明 ：无
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
void HC595_SendDat(U8 i_Dat)
{
        U8 i;
        for (i=0; i<8; i++)
        {
                if (i_Dat & 0x80)        //先传输高位        
                {
                        HC595_DAT_HI();
                }
                else
                {
                        HC595_DAT_LO();
                }

                i_Dat <<= 1;

                HC595_SRCLK_HI();
                HC595_SRCLK_LO();
        }
}

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * 函数名称 ：void Segled_AllOff(void)
 * 功能描述 ：关闭数码管
 * 入口参数 ：无
 * 出口参数 ：无
 * 备注说明 ：无
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
void Segled_AllOff(void)
{
        U8 i = 0;
        for (i=0; i<SEG_COM_MAX; i++)
        {
                s_u8DisBuff[i] = 0x00;
        }
}
复制代码

Dev_Segled.h

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * Copyright(c) 2025, Mark Xu Work Studio R&D Department. All rights reserved.
 * 文件名称 : Dev_Segled.h
 * 文件版本 : V1.0.0
 * 功能描述 : 数码管功能头文件
 * 创建人员 : Mark Xu
 * 创建日期 : 2025/02/17
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
#ifndef        __DEV_SEGLED_H__
#define        __DEV_SEGLED_H__

#include "includes.h"

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 常量、宏  
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 类型重定义                                      
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 全局变量
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 全局函数 
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
#if (DEV_SEGLED_EN)
        extern void Segled_Init(void);
        extern void Segled_DeInit(void);
        extern void Segled_PollProc(void);
#else
        #define Segled_Init()
        #define Segled_DeInit()
        #define Segled_PollProc()
#endif

#endif //#ifndef        __DEV_SEGLED_H__

复制代码

在主程序中调用void Segled_PollProc(void);这个函数即可，如下所示：

雾山*** · 发表于 2025-2-22 11:06:55

1、为了简单期间，直接在main函数中轮询调用，当然设计了标志，每1ms调用一次
2、存在缺点：如果大循环中存在的事件比较大，浪费的时间比较久，则可能影响数码管的显示效果，这时可能需要抢占式任务或直接在定时器中调用
3、下步计划：试一下RTC，作一个小闹钟，配合按键等，可以直接用

雾山*** · 发表于 2025-2-22 11:14:30

今天实验的工程，所有源文件均在工程中，
注意：工程名没有更改,当然这个不影响实验的结果

01-Timer.zip (194.64 KB, 下载次数: 12)

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