轻松学PIC之数码管篇 PIC单片机学习系列教程
大家好，通过前一期的学习，我们已经对ICD2仿真烧写器和增强型PIC实验板的使用方法及学习方式有所了解与熟悉，学会了如何用单片机来控制发光管、继电器、蜂鸣器、按键等资源，体会到了学习板的易用性与易学性，当自己一次动手编程点亮一个发光管时，相信对于初学者来说，一定很兴奋，很有成就感吧！现在我们就趁热打铁，再向上跨一步，一起来学习一下数码管的原理及使用方法，这一期实验将会更具生动性。
说到七段数码管，它在家电及工业控制中有着很广泛的应用,例如用来显示温度、数量、重量、日期、时间等等，具有显示醒目、直观的优点。在一般的人机对话中，输入器件一般都是以按键为主，但输出器件则以数码管或LCD为主。数码管作为一种应用十分普遍的显示器件，可以在各种各样的设备上见到，例如图1就是某数字表头显示时候的效果图。它很适合用在对价格、亮度等条件比较敏感，同时基本上只要求显示数字量的时候，所以在数据显示，定时控制等场合用得很多。常见的数码管实物如图2所示。
图1 数码管显示效果图
图2 数码管实物图
首先，我们先对相关理论知识进行一番了解，可以看到图1中有8位数码管，那么这些数码管是怎样来显示1，2，3，4……数字的呢？别着急，我们一起慢慢来学。
数码管实际上是由7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。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。
7段数码管的段排列和内结构见图3：
图3 数码管结构图
由于驱动方式的差异，也就是对应在各个显示段是低电平还是高电平点亮，数码管又分成两种类型，即共阳极和共阴极数码管。所谓“共阳极”即是8个LED的阳极连接在一起组成公共端，同理“共阴极”则是8个LED的阴极连接在一起组成公共端，其内部LED的连接方式可以参考图4。
图4 数码管内部结构图
虽然通过上文的原理介绍，对数码管的工作原理已经了解，但当我们拿到一个数码管时要正确地应用它还是一时不知如何下手，比如我们现在要求数码管显示“5”，需要怎么办呢？首先我们需要明白一个事情，数码管是不认识“5”的，当然也不认识其它数字，所以千万别说，“给数码管写个“5”就行了”，数字只是种符号，对人来说是这样的，对单片机而言也是，单片机只是通过LED是把内部的结果用我们约定的方式显示出来而已，这个“约定”就是数字该如何在LED上显示的方法。比如我们需要显示的数字0到9如图5所示。
图5 显示数字效果图
假设我们使用共阴极数码管，然后我们对照图3和图4来看看“5”是如何显示出来的。首先对数码管而言，我们要想显示数字“5”，我们可以发现有如下一些段是需要点亮的，即A、C、D、F、G。知道了这些段需要点亮后，现在我们再来看一下增强型PIC实验板上数码管的控制电路，因为我们需要将软件和硬件相结合进行考虑如何来编程。
图6 数码管电路原理图
图6中的A,B,C,D,E,F,G,DP分别与单片机的RC口相连，用来控制显示数字的形状。Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8这6个三极管是用来片选数码管所有，用来打开或关闭某一路数码管，RA1、RA0、RA3、RA2、RA5、RA4分别接在单片机的RA口上，通过控制这些三极管的基极电平来打开或关闭数码管的显示，即起到“使能”作用。如S1端为低电平，则允许相应的数码管显示，显示的字形则由RC口所决定。
我们可以列出表1这样的段码对应关系表，表中为数字“5”共阴段码。
段名称
DP
G
F
E
D
C
B
A
对应段码
对应管脚
RC7
RC6
RC5
RC4
RC3
RC2
RC1
RC0
数字5
0
1
1
0
1
1
0
1
0x6d
表1：数码管显示数字“5”的段码表
参照上面的过程，我们又可以列出共阴和共阳数码管0-9十个数字的段码表，如表2所示，在不改变硬件对应关系的前提下，段码表可以通用。
数字
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
共阴
0x3F
0x06
0x5B
0x4F
0x66
0x6D
0x7D
0x07
0x7F
0x6F
共阳
0xC0
0xF9
0xA4
0xB0
0x99
0x92
0x82
0xF8
0x80
0x90
表2：共阴、共阳数码管段码表
现在我们已经了解了整个显示过程，所以我们也就有了写程序的思路：程序中应该有一个变量，每隔一定时间在0-9之间变化，然后按照这个数据去查找段码表，把查到的数据送到RC口，段码值我们参照表2中共阳这一项。
我们使用MPLab IDE软件来进行C语言编程，它是我们的编程环境，同时我们可以通过使用ICD2仿真烧写器和增强型PIC实验板连接进行程序的仿真调试和烧写步骤，具体的操作步骤，我们已经在前几期做了详细的说明和介绍，在此就不再重复说明，读者朋友可以参阅以前的文章或直接登陆我们的网站查看资料。前面，我们已经对硬件原理和软件编写思路进行了了解，现在我们可以输入程序代码进行调试了，我们在MPLab IDE软件中新建工程，加入源程序代码，同时进行芯片型号的选择和配置位的设置，我们实验所用的芯片型号为PIC16F877A。上面理论说了一大堆，我们从这里开始动手喽：)我们的任务是要让六个数码管显示数字“0”——“9”字样，时间间隔为1秒。
#include
const unsigned char display_numb[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xd8,0x80,0x90};
void delay_1ms(void)
{
unsigned int n;
for(n=0;n<50;n++)
{
NOP();
}
}
void delay_ms(unsigned int time)
{
for(;time>0;time--)
{
delay_1ms();
}
}
void main(void)
{
TRISC=0X00;
TRISA=0X00;
while(1)
{
PORTC=display_numb[0];
PORTA=0X00;
delay_ms(1000);
PORTC=display_numb[1];
delay_ms(1000);
PORTC=display_numb[2];
delay_ms(1000);
PORTC=display_numb[3];
delay_ms(1000);
PORTC=display_numb[4];
delay_ms(1000);
PORTC=display_numb[5];
delay_ms(1000);
PORTC=display_numb[6];
delay_ms(1000);
PORTC=display_numb[7];
delay_ms(1000);
PORTC=display_numb[8];
delay_ms(1000);
PORTC=display_numb[9];
delay_ms(1000);
PORTC=display_numb[10];
}
}
程序代码输入后，读者朋友可以使用仿真模块或直接烧入编译好的HEX文件来进行验证，前者模式可以单步执行，同时监控程序变量在运行过程中的变化；后者直接烧入HEX文件，实验板直接脱机运行。输入了这么长一段程序后，作为初学者的读者一定对有些语句会有点疑问，下面我们就来一起结果实际，看一下一些关键程序语句的作用。
#include 语句用来加载PIC库文件， 数组display_numb用来定义数字“0”--“9”的字形码，也就是我们的表2中所罗列的内容。void delay_1ms(void) 是延时1ms的函数，void delay_ms(unsigned int time) 是延时X毫秒的函数，具体为多少毫秒由形参time变量决定，如我们执行函数 delay_ms(1000); 即表示为延时1000毫秒=延时1秒的时间。语句“TRISC=0X00;”用来设置RC口的输入、输出状态，在此我们设置为输出；语句“TRISA=0X00;”用来设置RA口的输入、输出状态，在此我们设置为输出。while(1) 是死循环语句，即周而复始地执行{ }内的语句体，如我们现在的程序中的作用即是不停地执行 delay_ms(x); PORTC=display_numb[x]; 这两类语句，即给RC口送一个字形码，延时1秒钟后，又给RC口赋予一个新的字形码，在我们从实验结果上看来就是数码管在不停地显示“0”——“9”这些数字。
图7 数码管实验演示图
数码管的原理与使用我们讲到这里，接下来几期，我们将继续一起学习增强型PIC实验板的其它各部分资源的原理与使用，使你对单片机应用的各方面知识都有所入门与提高。增强型PIC实验板系统资源丰富，可做实验有：6位LED数码管、8路LED、直控键盘、蜂鸣器喇叭、继电器试验、I2C总线接口、SPI总线接口、160X液晶、128X64液晶、红外接收头接口、步进电机驱动接口、AD模/数转换接口、串行时钟芯片DS1302、温度传感器DS18B20接口、RS232串口通讯、外扩展接口以便外接更多的实验资源。
