MicroPython-On-ESP8266——数码管的使用，从一个8段管开始

1. 数码管分类

1.1. 背景

这段时间一直在忙其他项目，基于esp8266的micropython学习搁置好久了。应网友要求，要写一篇数据管的学习教程，那咱就安排上。

1.2. 什么是数码管

什么是数码管，这个我都没有去查百科什么的，不做官方回答啊，只是告诉大家，他里面就是几个led灯组合在一起，摆成个8字型，这样点亮不同部位的led灯就能组合出需要的数字出来了。

因为是组全了多个led灯，要接线在一起又要独立控制，就有了两种接线方式。

  • 正极接在一起，独立控制负极的电平来实现点灯，叫共阳方式；
  • 负极接在一起，独立控制正极的高低电平，叫共阴方式；

看图更好理解，下图是共阴的连接方式，led全都反过来的话就是共阳。

python 画数码管 micropython数码管_数码管


另外说明一下，从图上看A~G一共7个led二极管组成个8字型，只有这7个时就是7段，而8段数码管是多出了右下角一个小数点位。

1.3. 上道具

东拼西凑地找来了几个不同类型的数码管。因为我也是头次学习，上网查资料找手册，过程中难免会有些岔路，最终效果能出来，但实现上可能不是最优解，所以看官们发现有错误的地方欢迎指正啊，先谢过！

python 画数码管 micropython数码管_python_02


看上图，我拿到手有三种数码管，按从左到右依次是：

  • 一位8段共阳数码管（YH5611BH）
  • 四位8段共阴数码管（HS420361K-32）
  • 封装成模块的四位8段数码管（使用两片74HC595位移寄存器驱动）

准备依次学习，难度逐步升级！

2. 认识8位数码管结构

2.1. 数码管结构

python 画数码管 micropython数码管_开发语言_03


YH5611BH一位8段共阳型数码管，原理图直接找过来了，咱们分析一下：

  • 原理图左边封装尺寸咱就不管它了，重点是右边三个图，右上角标注了带小数点的8字型led的名称，从上面横划开始顺时针旋转依次标注了从A到G的名称，小数点名称是DP；
  • 右中俯视图，从左下角开始逆时针旋转来数引脚，分别是从1到10一共10个引脚；
  • 最下边电路图，3/8引脚（数码管上下两排是正中间引脚）都连接到了led的正极（所以是共阳型），其他引脚也分别标注了与8个段位名称的对应关系
  • 引脚1 <—> E段负极
  • 引脚2 <—> D段负极
  • 引脚3 <—> 正极负极
  • 引脚4 <—> C段负极
  • 引脚5 <—> DP段负极
  • 引脚6 <—> B段负极
  • 引脚7 <—> A段负极
  • 引脚8 <—> 正极
  • 引脚9 <—> F段负极
  • 引脚10 <—> G段负极

其实把引脚按顺序对应到A~G/DP不是更好嘛，直观又清晰。应该是内部走线决定不能直接对应吧。。。

2.2. 驱动原理

为了验证上面的对应关系，我把数码管插面包板上，然后用跳线直接把各个引脚怼到5V电源上试，结果啪啪响了几下，有些段位先是点亮然后就是点响，给烧穿了。。。

妈呀出师未捷身先死，不过好歹算是验证了人家那引脚真的就是那么对应的。

2.2.1. 显示一个数字的方法

如果我要让数码管显示一个数字，那点亮组成该数字的段位led就行嘛。比如我要显示数字”0“，那就是要将A/B/C/D/E/F这几个段位对应的引脚置为低电平，将不需要点亮的G/DP置为高电平，那就能得到想要的效果了。

但是总不能每次想要一个数字，就要编写8行代码，一个个处理引脚吧。8个段位刚好可以对应到计算机一个字节的8位，那咱们就可以用一个字节来存储8段led的整体状态了。
网上大把51单片机教程在处理数码管时都是这样操作P0/P1之类，因为51单片机一个IO口刚好用8位寄存器来存储8个引脚的值。虽然咱们ESP8266不是这样的机制，但这种操作方式咱们也学过来。

python 画数码管 micropython数码管_python 画数码管_04


我用表格整理出来显示各种字段对应的段位高低电平值，和用十六进制表达出来的数值。

小数点位比较特殊，一般需要单独处理一下。其实从上面表格来看也很容易实现，只需要把十六进制数的最高位置为低电平即可，那就是把原数值”&0x7F“一下就可以了（二进制 0111 1111，与任何数都可以实现最高位清0，其余位保持不变）。比较显示”3“时，用十六进制表示为0xB0，那显示”3.“则是 0xB0 & 0x7F = 0x30

那咱们基本就能确定驱动一个8段数码管的流程了：
STEP 1、准备工作，定义好引脚与段名的对应关系（主要由实际接线决定），
STEP 2、定义好待显示字符与十六进制数值的对照字典，
STEP 3、将十六进制数值转换为引脚电平值，输出GPIO电平状态即可。

3. 驱动8段数码管

3.1. 开发板与数码管接线

python 画数码管 micropython数码管_python 画数码管_05

接线我是按D0到D7顺序来接，主要是考虑走线走线方便，接好后关键是找出上面STEP1中提到的对照关系。

写起来有点啰嗦，不展示了，直接看下面代码里面注释吧

3.2. 驱动代码

这里比较简单，就直接贴完整代码，不分段讲解了。

''' 8段数码管点亮实验

     接线图      数码管引脚   ESP8266     数码管段位
                   10  ->  D0(GPIO 16)  -> G
   10 9 8 7 6       9  ->  D1(GPIO 5)   -> F
    | | | | |       8  ->  3.3V                     ---A---
  |-----------|     7  ->  D2(GPIO 4)   -> A       F|     |B
  | YH5611BH  |     6  ->  D3(GPIO 0)   -> B        |--G--|
  |-----------|     5  ->  D7(GPIO 13)  -> DP      E|     |C
    | | | | |       4  ->  D6(GPIO 12)  -> C        ---D---  *DP
    1 2 3 4 5       2  ->  D5(GPIO 14)  -> D
                    1  ->  D4(GPIO 2)   -> E
  要根据实际接线来调整顺序
'''
from machine import Pin
import utime

leds = []
for p in [4,0,12,14,2,5,16,13]:
    # 需要根据实际接线，依次放入A/B/C/D/E/F/G/DP这8个段位led灯对应到esp8266的GPIO引脚
    _pin = Pin(p, Pin.OUT)
    leds.append(_pin)

mapper = {
    '0': 0xC0, '1': 0xF9, '2': 0xA4, '3': 0xB0,
    '4': 0x99, '5': 0x92, '6': 0x82, '7': 0xF8,
    '8': 0x80, '9': 0x90, 'A': 0x88, 'B': 0x83,
    'C': 0xA7, 'D': 0xA1, 'E': 0x86, 'F': 0x8E,
}

def show_num(num, has_point=False):
    '写入显示字符，转换为十六进制数值并按位点亮'
    value = mapper.get(num, 0)
    if not value: return
    value = (value & 0x7F) if has_point else value  # 共阳方式
    # value = (~value | 0x80) if has_point else ~value  # 共阴方式
    for i,led in enumerate(leds):
        led.value((value >> i) & 0x01)

while True:
    # 从0开始显示0~9加A~F字符
    for num in '0123456789ABCDEF':
        show_num(num)
        utime.sleep_ms(500)
    
    # 再显示一轮带小数点的
    for num in '0123456789ABCDEF':
        show_num(num, True)
        utime.sleep_ms(500)

3.3. 实验效果

代码里面依次展示一轮从0到f的显示，和一轮带小数点的0到F的显示。上效果。

python 画数码管 micropython数码管_开发语言_06

后记1：眼尖的应该能从图上看出来，这个效果图跟上面接线图里面的数码管不一样，额。。。 前面提到了，那个一位的数码管被我点爆了。。。 只能先用四位的数码管展示效果出来了。
这个四位的数码管是共阴型的，所以代码show_num函数里面我注释掉的地方是按共阴方式处理的，其实原理就是把现在算出来的每一位都取反。

后记2：一位数码管相对是最简单的，们先掌握了再说，下一步准备进阶4位数码管。