江协科技51单片机学习- p11 静态数码管显示
前言：
本文是根据哔哩哔哩网站上“江协科技51单片机”视频的学习笔记，在这里会记录下江协科技51单片机开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容。本文大量引用了江协科技51单片机教学视频和链接中的内容。
引用：
51单片机入门教程-2020版 程序全程纯手打 从零开始入门_哔哩哔哩_bilibili
c51语言变量语句意思,C51中循环语句-CSDN博客
数码管显示：
【51单片机实验笔记】LED篇（三） 数码管的基本控制_51单片机数码管-CSDN博客
https://zhuanlan.zhihu.com/p/657909281
正文：
0. 概述
在淘宝上购买了江协科技51单片机开发板套件（普中科技STC51单片机A2型号），就上在上一篇博文里说的自己计划学习下江协科技51单片机开发教程，通过STC51单片机这种MCU这种贴近于裸机的开发来增加对于系统硬件层面知识的了解和掌握。
1. LED数码管的显示原理
LED数码管的简介：数码管是一种简单，廉价的显示器，是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件。
LED数码管的显示原理：
- 共阴极LED数码管
- 共阳极LED数码管
在如下截图里，共阴极/共阳极LED数码管的3和8号引脚都是地实际上是接在一起的。数码管的A,B,C,D,E,F,G,DP的和外部引脚是就近连接。
1位LED数码管的有8个外部引脚，
4位LED数码管的有12个外部引脚，8为引脚控制LED数码管显示的字符，4个引脚作为选择引脚控制哪个数码管显示。
2. 共阴极数码管驱动需要缓冲器（驱动器）
按LED的连接方式可以分为共阴极数码管和共阳极数码管。
- 共阴极：将LED的阴极连在一起称为公共阴极（COM）
- 共阳极：将LED的阳极连在一起称为公共阳极（COM）
共阴极需要单片机 IO 给高电平，对应的段（LED）才能点亮，而单片机的 IO 引脚电流输出能力不足，往往需要借助驱动芯片（如74HC245芯片）才可以点亮数码管。而共阳极只需要单片机 IO 给低电平，单片机的灌电流大于拉电流，故共阳极数码管应用更加广泛。
注：由于每段都是由LED组成，故实际电路中应该串联限流电阻，一般接一个8P排阻。
段选和位选
在数码管中有段选和位选两个概念，现阐释如下：
- 段选：针对单个数码管而言。选择要点亮数码管中 a、b、c、d、e、f、g、dp 哪些段。一般通过给 IO 引脚赋值实现。
- 位选：针对多位数码管而言。选择点亮哪个数码管。即控制COM端的高低电平。
仔细观察数码管的段选顺序，按 a、b、c、d、e、f、g、h 逆时针排列，依次对应字节的低位至高位。因此，我们可以给出共阴极数码管的字形码编码表。(有些字母不易表示，缺省)
| 字形码 | dp g f e d c b a | 十六进制 |
|---|---|---|
| 0 | 0011 1111 | 0x3f |
| 1 | 0000 0110 | 0x06 |
| 2 | 0101 1011 | 0x5b |
| 3 | 0100 1111 | 0x4f |
| 4 | 0110 0110 | 0x66 |
| 5 | 0110 1101 | 0x6d |
| 6 | 0111 1101 | 0x7d |
| 7 | 0000 0111 | 0x07 |
| 8 | 0111 1111 | 0x7f |
| 9 | 0110 1111 | 0x6f |
| A | 0111 0111 | 0x77 |
| b | 0111 1100 | 0x7c |
| c | 0101 1000 | 0x58 |
| d | 0101 1110 | 0x5e |
| E | 0111 1001 | 0x79 |
| F | 0111 0001 | 0x71 |
| G | - | - |
| H | 0111 0110 | 0x76 |
| I | 0011 0000 | 0x30 |
| J | 0000 1110 | 0x0e |
| K | - | - |
| L | 0011 1000 | 0x38 |
| M | - | - |
| n | 0101 0100 | 0x54 |
| o | 0101 1100 | 0x5c |
| p | 0111 0011 | 0x73 |
| q | 0110 0111 | 0x67 |
| r | 0101 0000 | 0x50 |
| s | 0110 1101 | 0x6d |
| t | - | - |
| U | 0011 1110 | 0x3e |
| v | 0001 1100 | 0x1c |
| w | - | - |
| x | - | - |
| y | 0110 1110 | 0x6e |
| z | - | - |
如果是共阳极，其编码表刚好是共阴极的按位取反（~）。
其实可以看出，数码管对显示字母并不友好，一般用于显示数字，在电梯楼层显示，计算器显示应用广泛。
从上述一系列分析中我们得到，数码管相当于LED的堆叠，它对 IO 口资源的消耗是巨大的。如果要同时显示多个数字，除了采用芯片（如38译码器）来节约 IO 口，还可以采用不同的显示方式实现。数码管有两种驱动显示方式：静态显示和动态显示。
- 静态显示：即每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动。优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口过多，这显然是致命的。
- 动态显示：利用人眼暂留效应，分时轮流控制 COM端（位选），每个数码管的点亮时间为1ms~2ms，因为频率很快，仿佛所有数码管都是同时点亮的，这即是动态的含义。优点的节省大量IO口，功耗低，缺点是亮度不及静态显示方式，但可以通过降低限流电阻的阻值来提高亮度。
3. 驱动芯片
我们需要清楚一点，单片机适合用于控制，它可以输入输出电平，但电流是很小的。或许单片机驱动单独一个LED是足够的，但当LED数量多起来时，它便无能为力了，更别提驱动大功率的灯泡或是电机了。
这些功率比较大的外设往往需要外接电源，通过驱动芯片来提供电流和能量，单片机提供信号指令。
使用138译码器和74HC245驱动器
- 74HC245驱动器（缓冲器）
- 74HC138译码器
3.1 74HC138译码器
使用74HC138译码器节省了单片机的IO口，使用单片机的3个IO口可以控制8个输出。
74HC138译码器，有A,B,C三个输入，Y0~Y78个输出，还有G1, G2A, G2B 三个控制引脚，当控制端如下电平配置G1=1,G2A=0,G2B=0时，74HC138译码器使能输出。
| G1 | 1 |
| G2A | 0 |
| G2B | 0 |
74HC138译码器芯片上 Y0, Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, 引脚字符上面的横线表示低电平有效。 也就是说当 138译码器选中某个输出位的时候该引脚输出低电平，其它剩下的引脚输出高电平。
3.2 74HC245驱动器
因为单片机的高电平驱动能力弱通过的电流能力弱，单片机的低电平驱动能力强通过的电流能力强。
主要用于提升单片机 IO 口的驱动电流。一般 IO 口的输出电流为20mA，这个电流大小仅仅点亮一颗LED是没有问题的，但对于驱动数码管、点阵等多负载模块就力不从心了。
74HC245芯片可以将输出电流提升至70-80mA左右，具有8路输入和8路输出，可输出低电平高电平高阻态三态。
- 其中DIR引脚用于控制输入输出方向，高电平（A => B）、低电平（B => A）。
- OE为使能引脚，低电平输出有效。
3.3 课程使用普中51开发板电路原理图分析
课程使用普中51开发板电路原理图分析，从电路原理图看到 LE 接74HC245 的 DIR 方向控制引脚，DIR=1 时74HC245双向缓冲器输出方向为从A=>B，DIR=0时输出方向为从B=>A。在电路原理图中 LE 接 J21 跳帽引脚，通过跳帽把LE接到VCC 则 DIR=1, 74HC245的输出方向为从A=>B，这也是我们本次实验开发板需要的配置。
4. 程序编写数码管显示
根据可能使用的普中科技STC51单片机A2开发板的电路原理图，可以看到 P2_2,P2_3,P2_4 接到74HC138译码器的 A, B, C 三个输入引脚，通过P2_2,P2_3,P2_4 输出值可以控制选中8个数码管的那一个管显示。
P2_2 = 1,P2_3 = 0, P2_4 =1
A,B,C = 101（2进制） = 0x5 (16进制）
74HC138译码器的A,B,C输入0x5，则译码器的 Y5 输出引脚输出低电平，其它引脚输出高电平。因为此开发板使用的是共阴极数码管，当数码管位选信号为低电平时数码管亮。
P0口输出控制数码管的显示段码值。
#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H>void main()
{//ABC=0b101=0x5=选中Y5，连接LED6，从左往右数第3个数码管P2_2 = 1;P2_3 = 0;P2_4 = 1;//数码管段码P0 = 0x3f;while(1){}
}