51单片机数码管动态扫描驱动的设计
数码管由于发光亮度强，指示效果好，非常适合于电梯楼层等数值显示应用中。对于一位数码管，可以采用静态显示，但实际应用中都是需要显示多位数值，数码管模块也只能动态显示，因此笔者在这里简单分析一下数码管动态扫描驱动的实现。
1. 数码管原理概述
数码管由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a，b，c，d，e，f，g，dp来表示。数码管根据内部接法又可分成共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（com）的数码管（如下图sm*10501），共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（com）的数码管如下图（sm*20501）。以共阳数码管为例，要想显示数字2，需把a、b、g、e、d段点亮，即公共端接上正电源，abged段阴极拉低，其余段拉高即可显示数字2。
2. 硬件设计
笔者此处以四位一体共阳数码管显示为例讲解其大概的硬件设计。
微控制器的io口均不能流过过大的电流，led点亮时有约10ms的电流，因此数码管的段码输出不要直接接单片机io口，应先经过一个缓冲器74hc573。单片机io口只需很小的电流控制74hc573即可间接的控制数码管段的显示，而74hc573输出也能负载约10ms的电流。设置数码管段的驱动电流为id=15ma，这个电流点亮度好，并且有一定的裕度，即使电源输出电压偏高也不会烧毁led，限流电阻值r = （vcc- vce– vol– vled） / id
vcc为5v供电，vce为三极管c、e间饱和电压，估为0.2v， vol为74hc573输出低电平时电压，不同灌电流，此值不一样，估为0.2v，具体查看规格书，vled为红光驱动电压，估为1.7v，根据上式可算出限流电阻为r = 200r。
数码管需接收逐个扫描信号，扫描到相应数码管时，对应的段码数据有效，即显示这个数码管的数值。笔者采用三线八线译码器74hc138来产生对应的扫描线信号。
当各个段码均点亮时，电流约15max8=90ma流过数码管公共端，74hc138无法直接驱动这个电流，需加三极管驱动，由于74hc138输出低电平有效，此处只有pnp三极管适合作为驱动。三极管基极电流设为2ma即可让三极管饱和，最大驱动电流远大于90ma。基极偏置电阻阻值
rb=（vcc- veb– vol） / ib
vcc为5v供电，veb为三极管e、b间的导通电压0.7v，vol为74hc138输出低电平时电压，可根据规格书估为0.3v，故rb= 2k即可。
图2-1 四位一体数码管原理图
3. 驱动实现
数码管段码接p0口，位码接p2口第0~2位。对于led显示器都是有一个刷新频率的，同样对于数码码动态扫描也需要一个扫描频率。扫描频率下限为50hz，低于一定的扫描频率，显示会闪烁。频率过高，则亮度较差且占用cpu资源。一般整个数码管扫描一遍时间为约10ms较合适（即扫描频率100hz），我们用的是四位数码管，每个数码管点亮时间为2ms，扫描一遍时间为8ms。为保证这个刷新频率，通过是通过定时器来周期性进行数码管刷新。笔者在此以四位一体数码管实现秒表计数显示为例来作代码开发。
数码管动态显示功能实现模块文件digitaltubetable.c内容如下：
#include “reg52.h”
#include“digitaltube.h”
// 数值相对应的段码，共阳极
static unsigned char codedigitaltubetable［12］= { // 共阳led段码表
0xc0， 0xf9， 0xa4， 0xb0， 0x99，0x92， 0x82， 0xf8， 0x80， 0x90， 0xff， 0xbf
//“0” “1” “2” “3” “4” “5” “6” “7” “8” “9” “不亮” “-”
};
// 每个数码管需一个字节的内存保存对应数码管数据
static unsigned charframebuffer［digitaltubenumber］;
unsigned char*digitaltube_getbuffer（）
{
return framebuffer;
}
void digitaltube_scan（）
{
static unsigned char select = 0; // 记录扫描的选择线
unsigned char code;
// 从对应选择线中找到显存数据，并得到相应的段码
code = digitaltubetable［framebuffer［select］］;
// 段码实际输出到数码管接口
digitaltube_data（code）;
// 位选实际输出到数码管接口
digitaltube_select（select）;
select++; // 进入到下一位选扫描
if （select 》= digitaltubenumber） {
select = 0; // 所有数码管已扫描，从第一个数码管再次开始扫描
}
}
我们在数码管模块头文件digitaltube.h中实现模块的接口访问宏实现，使之方便移植及修改接口配置。模块头文件同时也引出模块的接口函数，void digitaltube_scan（void）为数码管刷新函数，需周期性调用刷新数码管显示。unsigned char *digitaltube_getbuffer（void）用来获得数码管显存，从而更新数码管显存数据。其内容如下：
#ifndef __digitaltube_h__
#define __digitaltube_h__
#ifdef __cplusplus
extern “c” {
#endif
// 数码管模块中的个数，最大为8
#define digitaltubenumber 4
// 输出数码管位选
#definedigitaltube_select（select） {p2 = （p2&0xf8） + （select）;}
// 输出数码管段码
#define digitaltube_data（dat） {p0 =（dat）;}
// 数码管刷新函数，必须保证以一定周期调用刷新
void digitaltube_scan（void）;
// 获得数码管显存，以作显示的数据更新
unsigned char*digitaltube_getbuffer（void）;
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /*__digitaltube_h__*/
外部模块通过引入数码管的模块头文件digitaltube.h来实现调用数码管驱动函数，简单测试调用（秒表数码管显示计数）实现如下：
#include“reg52.h”
#include“digitaltube.h”
// 以定时器时间为计时标准，记录时间间隔
static volatile unsignedint systemtick = 0;
// 定时器2ms中断处理进行数码管刷新
void t0_interrupt（）interrupt 1
{
th0 = （65536-2000） / 256;
tl0 = （65536-2000） % 256;
systemtick++; // 记录时间间隔
digitaltube_scan（）; //刷新数码管
}
void t0_init（）
{
tmod = 0x01; // 定时器0工作方式1
// 2ms计时中断（12m）
th0 = （65536-2000） / 256;
tl0 = （65536-2000） % 256;
et0 = 1; // 定时器t0中断允许
ea = 1; // 总中断允许
}
void main（）
{
unsigned char *pbuffer;
unsigned char i;
// 定时器初始化
t0_init（）;
// 获得数码管显存，以作更新数据显示
pbuffer = digitaltube_getbuffer（）;
// 数据管显存初始化显示0
for （i=0; i
pbuffer［i］ = 0;
}
// 开启定时器进行计时以及数码管刷新
tr0 = 1;
while（1） {
// systemtick读数到500时为1s间隔到
if （systemtick 》 500） {
systemtick =0; // 重新计秒
// 更新数码管秒表计数显存
for （i=0; i
pbuffer［digitaltubenumber-1-i］++;
if （pbuffer［digitaltubenumber-1-i］ 《10） {
break; // 未到10，不用进位更新高位显存，退出
} else {
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如何让FPGA更好地进行定制化
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1. 数码管原理概述
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2. 硬件设计
笔者此处以四位一体共阳数码管显示为例讲解其大概的硬件设计。
微控制器的io口均不能流过过大的电流，led点亮时有约10ms的电流，因此数码管的段码输出不要直接接单片机io口，应先经过一个缓冲器74hc573。单片机io口只需很小的电流控制74hc573即可间接的控制数码管段的显示，而74hc573输出也能负载约10ms的电流。设置数码管段的驱动电流为id=15ma，这个电流点亮度好，并且有一定的裕度，即使电源输出电压偏高也不会烧毁led，限流电阻值r = （vcc- vce– vol– vled） / id
vcc为5v供电，vce为三极管c、e间饱和电压，估为0.2v， vol为74hc573输出低电平时电压，不同灌电流，此值不一样，估为0.2v，具体查看规格书，vled为红光驱动电压，估为1.7v，根据上式可算出限流电阻为r = 200r。
数码管需接收逐个扫描信号，扫描到相应数码管时，对应的段码数据有效，即显示这个数码管的数值。笔者采用三线八线译码器74hc138来产生对应的扫描线信号。
当各个段码均点亮时，电流约15max8=90ma流过数码管公共端，74hc138无法直接驱动这个电流，需加三极管驱动，由于74hc138输出低电平有效，此处只有pnp三极管适合作为驱动。三极管基极电流设为2ma即可让三极管饱和，最大驱动电流远大于90ma。基极偏置电阻阻值
rb=（vcc- veb– vol） / ib
vcc为5v供电，veb为三极管e、b间的导通电压0.7v，vol为74hc138输出低电平时电压，可根据规格书估为0.3v，故rb= 2k即可。
图2-1 四位一体数码管原理图
3. 驱动实现
数码管段码接p0口，位码接p2口第0~2位。对于led显示器都是有一个刷新频率的，同样对于数码码动态扫描也需要一个扫描频率。扫描频率下限为50hz，低于一定的扫描频率，显示会闪烁。频率过高，则亮度较差且占用cpu资源。一般整个数码管扫描一遍时间为约10ms较合适（即扫描频率100hz），我们用的是四位数码管，每个数码管点亮时间为2ms，扫描一遍时间为8ms。为保证这个刷新频率，通过是通过定时器来周期性进行数码管刷新。笔者在此以四位一体数码管实现秒表计数显示为例来作代码开发。
数码管动态显示功能实现模块文件digitaltubetable.c内容如下：
#include “reg52.h”
#include“digitaltube.h”
// 数值相对应的段码，共阳极
static unsigned char codedigitaltubetable［12］= { // 共阳led段码表
0xc0， 0xf9， 0xa4， 0xb0， 0x99，0x92， 0x82， 0xf8， 0x80， 0x90， 0xff， 0xbf
//“0” “1” “2” “3” “4” “5” “6” “7” “8” “9” “不亮” “-”
};
// 每个数码管需一个字节的内存保存对应数码管数据
static unsigned charframebuffer［digitaltubenumber］;
unsigned char*digitaltube_getbuffer（）
{
return framebuffer;
}
void digitaltube_scan（）
{
static unsigned char select = 0; // 记录扫描的选择线
unsigned char code;
// 从对应选择线中找到显存数据，并得到相应的段码
code = digitaltubetable［framebuffer［select］］;
// 段码实际输出到数码管接口
digitaltube_data（code）;
// 位选实际输出到数码管接口
digitaltube_select（select）;
select++; // 进入到下一位选扫描
if （select 》= digitaltubenumber） {
select = 0; // 所有数码管已扫描，从第一个数码管再次开始扫描
}
}
我们在数码管模块头文件digitaltube.h中实现模块的接口访问宏实现，使之方便移植及修改接口配置。模块头文件同时也引出模块的接口函数，void digitaltube_scan（void）为数码管刷新函数，需周期性调用刷新数码管显示。unsigned char *digitaltube_getbuffer（void）用来获得数码管显存，从而更新数码管显存数据。其内容如下：
#ifndef __digitaltube_h__
#define __digitaltube_h__
#ifdef __cplusplus
extern “c” {
#endif
// 数码管模块中的个数，最大为8
#define digitaltubenumber 4
// 输出数码管位选
#definedigitaltube_select（select） {p2 = （p2&0xf8） + （select）;}
// 输出数码管段码
#define digitaltube_data（dat） {p0 =（dat）;}
// 数码管刷新函数，必须保证以一定周期调用刷新
void digitaltube_scan（void）;
// 获得数码管显存，以作显示的数据更新
unsigned char*digitaltube_getbuffer（void）;
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /*__digitaltube_h__*/
外部模块通过引入数码管的模块头文件digitaltube.h来实现调用数码管驱动函数，简单测试调用（秒表数码管显示计数）实现如下：
#include“reg52.h”
#include“digitaltube.h”
// 以定时器时间为计时标准，记录时间间隔
static volatile unsignedint systemtick = 0;
// 定时器2ms中断处理进行数码管刷新
void t0_interrupt（）interrupt 1
{
th0 = （65536-2000） / 256;
tl0 = （65536-2000） % 256;
systemtick++; // 记录时间间隔
digitaltube_scan（）; //刷新数码管
}
void t0_init（）
{
tmod = 0x01; // 定时器0工作方式1
// 2ms计时中断（12m）
th0 = （65536-2000） / 256;
tl0 = （65536-2000） % 256;
et0 = 1; // 定时器t0中断允许
ea = 1; // 总中断允许
}
void main（）
{
unsigned char *pbuffer;
unsigned char i;
// 定时器初始化
t0_init（）;
// 获得数码管显存，以作更新数据显示
pbuffer = digitaltube_getbuffer（）;
// 数据管显存初始化显示0
for （i=0; i
pbuffer［i］ = 0;
}
// 开启定时器进行计时以及数码管刷新
tr0 = 1;
while（1） {
// systemtick读数到500时为1s间隔到
if （systemtick 》 500） {
systemtick =0; // 重新计秒
// 更新数码管秒表计数显存
for （i=0; i
pbuffer［digitaltubenumber-1-i］++;
if （pbuffer［digitaltubenumber-1-i］ 《10） {
break; // 未到10，不用进位更新高位显存，退出
} else {
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