51单片机系列——第三步——静态数码管

嘉许

2024 年 11 月 18 日

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51单片机学习

使用数码管前，我要先介绍一个元器件——74HC138。
74HC138
我在这里简单叙述一下74HC138的主要功能及如何使用。

我们知道3位二进制可以表示8种情况。而74HC138中有三个输入端，分别是A0,A1,A2。在我们的单片机中的原理图表示的是A、B、C。当然名字不重要，重要的是三个输入可以表示八种情况。

以下是左边3个输入不同情况时，分别对应右边8个输出端的不同情况（右边输出端从最下面的Y7开始，排到上面的Y0）

当A0=1,A1=1,A2=1时-------对应-------0111 1111
当A0=1,A1=1,A2=0时-------对应-------1011 1111
当A0=1,A1=0,A2=1时-------对应-------1101 1111
当A0=1,A1=0,A2=0时-------对应-------1110 1111
当A0=0,A1=1,A2=1时-------对应-------1111 0111
当A0=0,A1=1,A2=0时-------对应-------1111 1011
当A0=0,A1=0,A2=1时-------对应-------1111 1101
当A0=0,A1=0,A2=0时-------对应-------1111 1110

由此我们可以用三个输入表示八个输出，但是74HC138使用时需要使能，让4、5号管脚接地，6号管脚接电源即可使能，让其工作。

现在我们看一下A7和A2中关于74HC138部分的原理图，方便之后的接线和使用。

A7开发板的4、5、6号管脚已经接好了电源和地，我们不用接线；

而A、B、C（即上面的A0,A1,A2）没有接线，我们分别将其与P2_2,P2_3,P2_4连接；

右边的输出端Y在PCB内部已经连接了数码管段选，我们这里不管，后面会再提到。
A7的138

A2开发板的74HC138在开发板内部已经全部连好线了。
A2的138.jpg

接下来我们来看一下数码管的原理图

这是A7的数码管原理图，看起来很复杂，我们将数码管的J6用线和P0端口组连接，实际上和A2的原理图一致。

这是A2的数码管原理图，是不是看起来简单明了了一些

图中有个74HC245，我们不用对它进行操作，这是一个驱动器，简单得来说是帮单片机驱动数码管的。

解下面我们对照A2的原理图讲解一下数码管

实际上数码管就是八个LED灯组成的一个显示器（七个竖状LED和一个点状LED）
一个数码管
这个八个LED有编号，分别是a，b，c，d，e，f，g，dp。

我们可以看到这个数码管上面有个COM，这表示这个数码管是共阴数码管，即八个LED连接一个地。

我们想要点亮LED，就只需要让对应的LED的阳极输入1，即可点亮。例如我们想显示1，只有对b、c编号的LED输入1，即可点亮。
数码管显示1

知道了一个数码管如何显示数字，那么我们看一下八个如何使用

我们可以看到这八个数码管的a,b,c,d,e,f,g,dp都连接着P0号端口组。
8个数码管

那么我们可以思考，如果我们给74HC138输入000，那么输出的是1111 1110，即A2开发板中的Y0对应的LED1输出的是0。

那么最右边的数码管将会接地，此时给b，c对应的P0_1,P0_2输出1，就可以让最右边的数码管显示1。

下面是测试代码，验证一下目前为止的理论。（使用的是A7开发板）

A7开发板的74HC138输出端接线与A2正好相反，给74HC138输入000时，是最左边的数码管点亮，所以为了让最右边的数码管点亮，应该给输入端输入111，此时输出端是0111 1111，第一个0对应最右边的数码管。

最左边的数码管显示1

验证完以上理论后，目前可以显示数字1，点亮的是b、c，将需要点亮的LED输出1从而让数码管显示数字的过程就是数码管段选。

想要数码管显示0、1...9的数字，我们需要知道数码管的段选代码

目前已经知道了1的段选是让b、c输出1，其它为0。

即P0_7=0,P0_6=0，P0_5=0,P0_4=0，P0_3=0,P0_2=1，P0_1=1,P0_0=0。

直接对P0端口码操作，即P0=0x06。（对应的二进制是0000 0110）

0x06就是1的段码表，我们还需要知道0、2、3、4、5、6、7、8、9的段码表

我已经整理好了，使用时可以直接复制，以下是0-9的段码表

0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F

我们将他写成一个数组，方便后续使用

//数码管段码表
unsigned char NixieTable[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

这个是数码管共阴的情况，如果是共阳，代码则需要改变。

能够显示0-9的数字后，我们还需要让数字能在想要出现的位置出现，则需要控制74HC138去控制输出端输出0的位置。

8个数码管的阴极是分别接在74HC138的输出端。138输出端输出0，则对应的数码管阴极接入0，即可显示数字。

那么我们控制8个数码管显示一个数字的位置，这个问题就转化为了控制138的输出端的0。

上文提到了74HC138输入端和输出端的对应关系。根据这个关系，可以编写一个函数

//数码管显示子函数
void Nixie(unsigned char Location,Number)
{
    switch(Location)        //位码输出
    {
        case 8:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=1;break;
        case 7:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=0;break;
        case 6:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=1;break;
        case 5:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=0;break;
        case 4:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=1;break;
        case 3:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=0;break;
        case 2:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=1;break;
        case 1:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=0;break;
    }
    P0=NixieTable[Number];    //段码输出
}

由于普中A7和普中A2关于74HC138输出端的接线是相反的，所以代码需要稍微修改

以下是A2关于这个函数的编写

//数码管显示子函数
void Nixie(unsigned char Location,Number)
{
    switch(Location)        //位码输出
    {
        case 1:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=1;break;
        case 2:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=0;break;
        case 3:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=1;break;
        case 4:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=0;break;
        case 5:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=1;break;
        case 6:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=0;break;
        case 7:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=1;break;
        case 8:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=0;break;
    }
    P0=NixieTable[Number];    //段码输出
}

这个函数第一个变量是位置。利用switch-case，当给函数不同的数字时，会在不同的位置显示数字。这叫数码管的位选。

第二个变量是显示的数字，利用上文中写到的数组NixieTable[]，选择不同的数字。如NixieTable[0]代表的数字是0。

最后就可以在主函数main中使用这个void Nixie(unsigned char Location,Number)函数了。例如我们在第二个数码管显示3
静态数码管代码
以下是实物图