数码管的显示方式

1．静态显示方式。所谓静态显示就是指无论是多少位数码管，同时处于显示状态。如图2.19所示。

图2.19 4个共阳极数数码管静态显示时的连接方式与显示状态

当单片机系统中使用静态数码管显示时，需要在每一个数码管上添加一个锁存器，当需要某个数码管显示其他内容时，只需要修改与其相连的锁存器的值即可。

由图2.19中可以看出，当数码管处于静态显示方式时，所有位选线（数码管的公共端）连接在一起，而各个数码管的段选线（数码管上各笔段的引出线）是相互分离的。

静态显示的优点是：数码管显示无闪烁，亮度高，软件控制比较容易；缺点是：需要的硬件电路较多（每一个数码管都需要一个锁存器），如果在全国大学生电子设计竞赛中使用，将造成很大的不便，同时由于所有数码管都处于被点亮状态，所以需要的电流很大，当数码管的数量增多时，对电源的要求也就随之增高。所以，在大部分的硬件电路设计中，很少采用静态显示方式。

2．动态显示方式。所谓动态显示，是指无论在任何时刻只有一个数码管处于显示状态，每个数码管轮流显示。如图2.20所示。

图2.20 4个共阴极数码管动态显示时的连接方式与显示状态

由图2.20中可以看出，当数码管处于动态显示时，所有位选线分离，而每个数码管的各条段选线相连。当需要显示数字或字符时，需要将所有数码管轮流点亮，这时对每个数码管的点亮周期有了一个较严格的要求：由于发光体从通入电流开始点亮到完全发光需要一定的时间，叫做响应时间，这个时间对于不同的发光材质是不同的，通常情况下为几百微秒，所以数码管的刷新周期（所有数码管被轮流点亮一次的时间）不要过短，这也与数码管的数量有关，一般的数码管的刷新周期应控制在5ms~10ms，即刷新率为200Hz~100Hz，这样既保证了数码管每一次刷新都被完全点亮，同时又不会产生闪烁现象。

动态显示的优点是：硬件电路简单（数码管越多，这个优势越明显），由于每个时刻只有一个数码管被点亮，所以所有数码管消耗的电流较小；缺点是：数码管亮度不如静态显示时的亮度高，例如有8个数码管，以1秒为单位，每个数码管点亮的时间只有1/8秒，所以亮度较低；如果刷新率较低，会出现闪烁现象；如果数码管直接与单片机连接，软件控制上会比较麻烦等。

在应用数码管进行显示时，首先需要考虑的问题就是驱动电流，与发光二极管相同，数码管的发光段也需要串联限流电阻，以共阳极数码管为例，串联的限流电阻阻值越大，电流越小，亮度越低；电阻值越小，电流越大，亮度越高。在使用限流电阻时需要在每一个段线上都串联限流电阻，而不要在公共端上串联电阻，如果只在公共端上串联一个限流电阻，则在显示不同的数字时，将会造成数码管亮度的不同。如图2.21所示。

图2.21 限流电阻的连接方式

由于在动态显示时，每个数码管的段选线是对应连接在一起的，同时由于数码管不存在同时点亮状态，所以之需要在段选线的引出端上串联限流电阻即可，如图2.20所示。

1．静态显示驱动电路。

数码管的静态显示虽然硬件电路较多，但与单片机之间的连接比较简单，例如可以使用串行转并行芯片74LS1作为数码管的驱动，74LS1之需要与单片机的串行接口相连接即可，如图2.22所示。

图2.22 应用74LS1实现数码管的静态显示电路图

2．在动态显示时，如果将数码管直接与单片机连接，除了硬件电路简单外，似乎并没有太多的优点。但是当我们选用专用的数码管显示驱动芯片时，其优点就显现出来了。目前常见的数码管显示芯片有8279、MAX7219、HD7279、CH451等。这些芯片的主要特点是：数码管的显示全都采用动态扫描的方式，都可以连接8个数码管，控制方式都比较简单。现面对这几个芯片进行简单的介绍。

8279为Intel公司生产的较早期的产品，是可编程的键盘、显示接口芯片。它既具有按键处理功能，又具有自动显示功能，在单片机系统中应用很广泛。8279内部有键盘FIFO（先进先出堆栈）/传感器，双重功能的8×8=ByteRAM，键盘控制部分可控制8×8=个按键或8×8阵列方式的传感器。该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。显示RAM容量为16×8，即显示器最大配置可达16位LED数码显示（有关键盘部分内容将在2.4节中详细介绍）。8279与单片机之间采用三总线（数据总线、地址总线和控制总线）结构连接，在用8279与数码管连接时，还需要连接驱动器，同时由于价格较高，所以现在使用的很少。 

MAX7219为MAXIM（美信）公司生产的一种串行数据输入、共阴极输出的集成显示驱动器，它可以连接8个共阴极数码管，也可以连接条形显示器或者个的LED。MAX7219片内包括一个BCD编码器、多路扫描回路、段码和位码驱动器，而且还有一个8×8bit的静态RAM用来存储每一个数码管需要显示的数据。数码管的段选线上需要接一个限流电阻。方便的四线串行接口可以连接所有通用的微处理器。每个数据都可以进行寻址，、在数据更新时不需要改写所有的显示数据。MAX7219允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。MAX7219包含一个150μA的低功耗模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描寄存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式。MAX7219的功能比较强大，但价格较高，对于喜欢业余制作的读者来说，从经济方面考虑并不是首选。

CH451是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及μP监控的多功能外围芯片。CH451内置RC振荡电路，可以动态驱动8位数码管或者只LED发光管，具有BCD译码、闪烁、移位等功能；同时还可以进行键的键盘扫描；CH451通过可以级联的串行接口与单片机等交换数据；并且提供上电复位和看门狗等监控功能。该芯片性能价格比较高，图2.23所示为CH451实物图。

图2.23 CH451实物图

CH451的特点：

● 显示驱动

内置大电流驱动级，段电流不小于25mA，字电流不小于150mA。动态显示扫描控制，直接驱动8 位数码管或者 只发光管LED。可选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者BCD 译码方式。数码管的字数据左移、右移、左循环、右循环。各数码管数字闪烁控制。通过占空比设定提供16 级亮度控制。支持段电流上限调整，可以省去所有限流电阻。扫描极限控制，支持1 到8 个数码管，只为有效数码管分配扫描时间。

● 键盘控制

内置 键键盘控制器，基于8×8矩阵键盘扫描。内置按键状态输入的下拉电阻，内置去抖动电路。键盘中断，低电平有效输出。提供按键释放标志位，可供查询按键按下与释放。

● 其他

高速的4线串行接口，支持多片级联，时钟速度从0到10MHz。串行接口中的DIN和DCLK信号线可以与其它接口电路共用，节约引脚。完全内置时钟振荡电路，不需要外接晶体或者阻容振荡。内置上电复位和看门狗Watch-Dog，提供高电平有效和低电平有效复位输出。支持3V～5V 电源电压。提供SOP28 和DIP24S 两种无铅封装，兼容RoHS。引脚及功能基本兼容CH452 芯片。

CH451的封装形式：

CH451芯片具有两种封装形式：SOP28（表贴型封装）和DIP24S（双列直插窄型封装），如图2.24所示。

图2.24 CH451引脚定义与封装图

CH451与单片机的简单连接：

CH451与单片机的连接十分简单，只需要4条线（DIP24S），如图2.25所示。

图2.25 CH451与单片机的连接图

图2.24中虚线部分为CH451的SOP28封装时与单片机的连接线。我们在实际中常常使用DIP的封装形式，所以这几条线不必连接。