8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 06 - 动态数码管驱动

Posted 2021-07-14 Neutionwei

从上一博文《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 05 - 静态数码管驱动》，我们可以了解到数码管一些驱动原理，实际上静态扫描在项目中基本不会用到，在项目中我们经常用动态扫描，所以便有了本文。如果不懂数码管的段选与位选请先看这篇：《3分钟带你彻底弄懂数码管的段选与位选》

1 动态扫描

那什么是动态扫描呢？

举个例子：有 2 个数码管，我们要显示“12”这个数字，可以先让高位的位选三极管导通，然后控制段选让其显示“1”，延时一定时间后再让低位的位选三极管导通，然后控制段选让其显示“2”。把这个流程以一定的速度循环运行就可以让数码管显示出“12”，由于交替速度非常快，人眼识别到的就是“12”这两位数字同时亮了。

在多个数码管显示数字的时候，我们可以轮流点亮数码管（一个时刻内只有一个数码管是亮的），利用人眼的视觉暂留现象（也叫余辉效应），就可以做到看起来是所有数码管都同时亮了，这就是动态显示，也叫做动态扫描。

那么一个数码管需要点亮多长时间呢？也就是说要多长时间完成一次全部数码管的扫描呢（很明显：整体扫描时间=单个数码管点亮时间*数码管个数）？答案是：10ms 以内。

当电视机和显示器还处在 CRT（电子显像管）时代的时候，有一句很流行的广告语——“100Hz无闪烁”，没错，只要刷新率大于 100Hz，即刷新时间小于 10ms，就可以做到无闪烁，这也就是我们的动态扫描的硬性指标。那么你也许会问，有最小值的限制吗？理论上没有，但实际上做到更快的刷新却没有任何进步的意义了，因为已经无闪烁了，再快也还是无闪烁，只是徒然增加 CPU 的负荷而已（因为 1 秒内要执行更多次的扫描程序）。

所以，通常我们设计程序的时候，都是取一个接近 10ms，又比较规整的值就行了。

2 原理图

① 数码管原理图：

② 数码管的位选使用138译码器进行解析，关于这块我们可以参考这篇文章：《数字器件认识 | 74HC138三八译码器的应用》。

③ MCU原理图：

3 代码

了解原理之后，我们就可以写个Demo让数码管从右至左显示0-7：

#include "reg52.h"			 //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器

typedef unsigned int u16;	  //对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;

sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;

u8 code LedChar[]={
	0x3F,  //"0"
    0x06,  //"1"
    0x5B,  //"2"
    0x4F,  //"3"
    0x66,  //"4"
    0x6D,  //"5"
    0x7D,  //"6"
    0x07,  //"7"
    0x7F,  //"8"
    0x6F,  //"9"
    0x77,  //"A"
    0x7C,  //"B"
    0x39,  //"C"
    0x5E,  //"D"
    0x79,  //"E"
    0x71,  //"F"
    0xff, //全亮
    0x00  //熄灭
};


/*******************************************************************************
* 函 数 名         : delay
* 函数功能		   : 延时函数，i=1时，大约延时10us
*******************************************************************************/
void delay(u16 i)
{
	while(i--);	
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : DigDisplay
* 函数功能		   : 数码管动态扫描函数，循环扫描8个数码管显示
*******************************************************************************/
void DigitalDisplay()
{
	u8 i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		switch(i)	 //位选，选择点亮的数码管，
		{
			case(0):
				LSA=0;LSB=0;LSC=0; break;//显示第0位
			case(1):
				LSA=1;LSB=0;LSC=0; break;//显示第1位
			case(2):
				LSA=0;LSB=1;LSC=0; break;//显示第2位
			case(3):
				LSA=1;LSB=1;LSC=0; break;//显示第3位
			case(4):
				LSA=0;LSB=0;LSC=1; break;//显示第4位
			case(5):
				LSA=1;LSB=0;LSC=1; break;//显示第5位
			case(6):
				LSA=0;LSB=1;LSC=1; break;//显示第6位
			case(7):
				LSA=1;LSB=1;LSC=1; break;//显示第7位	
		}
		P0=LedChar[i];//发送段码
		delay(100); //间隔一段时间扫描：大约1ms
		P0=0x00;//消隐
	}
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	while(1)
	{	
		DigitalDisplay();  //数码管显示函数	
	}		
}

简要分析：

① main函数单纯给DigitalDisplay子函数进行无限循环。

② DigitalDisplay子函数通过for循环语句在每一次循环指定一个位选与段选。

例如i=0;时，通过LSA=0;LSB=0;LSC=0;语句控制138译码器选择Y0端口输出0，从而选定LED1网络的位选。

然后通过P0=LedChar[i];给P0端口发送段选值，i=0的时候发送的是'0'字符的段选值，每次for循环中间只延时大约1ms。

③ 注意这句话：P0=0x00;//消隐。如果没有这句话就会产生“鬼影”，这个动态扫描的一个bug。

“鬼影”的出现，主要是在数码管位选和段选产生的瞬态造成的。

举个简单例子，我们在数码管动态显示的那部分程序中，实际上每一个数码管点亮的持续时间是1ms的时间，1ms后进行下个数码管的切换。

在进行数码管切换的时候，比如我们从 case 7 要切换到 case 0 的时候，case 7的位选用的是LSA=1;LSB=1;LSC=1;。

==》假如此刻case 7也就是最高位数码管对应的值是0，我们要切换成的 case 0 的数码管位选是LSA=0;LSB=0;LSC=0;，而对应的数码管的值假如是1。

==》又因为C语言程序是一句一句顺序往下执行的，每一条语句的执行都会占用一定的时间，即使这个时间非常非常短暂。

==》但是当我们把“LSA=1”改变成“LSA=0”的时候，这个瞬间存在了一个中间状态 LSA=0; LSB=1; LSC=1;在这个瞬间上，我们就给 case 6 对应的数码管LED7网络位选瞬间赋值了0。

==》当我们全部写完了LSA=0;LSB=1; LSC=0;后，这个时候，我们的 P0 还没有正式赋值，而 P0此刻却保持了前一次的值，也就是在这个瞬间，我们又给case 4对应的数码管 LED5 网络位选赋值了一个 0。。。

==》直到我们把 case 0后边的语句全部完成后，我们的刷新才正式完成。而在这个刷新过程中，有 3个瞬间我们给错误的数码管赋了值，虽然很弱（因为亮的时间很短），但是我们还是能够发现。

搞明白了原理后，我们只要避开这个瞬间错误就可以了。不产生瞬间错误的方法是，在进行位选切换期间，避免一切数码管的赋值即可。方法有两个，一个方法是刷新之前关闭所有的段选，改变好了位选后，再打开段选即可；第二个方法是关闭数码管的位选，赋值过程都做好后，再重新打开即可。这里用到了第一种方法！！