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

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！！