单片机驱动数码管设计详解(用74HC595实现)

简单设计了一个单片机驱动数码管的电路，该设计中只使用了4位数码管，占用了单片机3个IO口，如果驱动芯片全用满可以驱动8位数码管。仅供初学者分享学习。

1. 数码管显示设计

本设计使用了一个4位的数码管，为共阳型，为了节省单片机的IO口，使用了两片74HC595作为数码管的驱动芯片，共占用3个IO口。74HC595部分电路图如下：

与单片机相连接的三个脚分别为：HC_DAT,HC_RCK,HC_CLK。两片595采用级联方式，即U2的第9脚接到U3的第14引脚。

2. 74HC595简介

74HC595是8位的移位寄存器，串入并出，并具有锁存功能，被广泛的用于数码管、点阵的驱动电路中。其管脚介绍如下：

15：数据输出A-接数码管数据A段；

1：数据输出B-接数码管数据B段；

2：数据输出C-接数码管数据C段；

3：数据输出D-接数码管数据D段；

4：数据输出E-接数码管数据E段；

5：数据输出F-接数码管数据F段；

6：数据输出G-接数码管数据G段；

7：数据输出H-接数码管数据H段；

16：电源正脚-接电源正；

8：电源负脚-接电源负；

14：数据输入脚-接单片机管脚；

12：数据锁存时钟-接单片机管脚；

11：数据输入时钟-接单片机管脚；

13：使能输出脚-低电平有效，接低电平；

10：数据清零-不清零，接高电平；

9：数据级联输出-接下一片595的数据输入脚；

74HC595的真值表如下：

知道了74HC595的引脚定义和真值表，那该如何编程呢？下面重点来了，通过时序图来编程。看重点！！！

3. 74HC595时序图

我是重点！我是重点！我是重点！

通过时序可以看出：

SCK是上升沿的时候要把数据写入；

RCK是上升沿的时候数据才能锁存显示；

有数据操作的过程中RESET必须是高电平；

EN必须是低电平，595才能工作；

知道了以上4点就可以写程序了。其中3、4条是硬件连接上的事情(也可以用单片机的IO口来连接，这样的话可以随时控制74HC595的工作与否情况)。写程序主要靠1、2条。下面具体操作。

4. 程序实例

看下面一段程序：

第39行：HC595_CLK(0)的原型如下：

HC595_CLK(0)是让CLK处于低电平，即上升沿还没有来到；

HC595_DAT(1)就是要把写入的数据准备好；

temp<<1是将数据移位，即一个字节分八次写入；

HC595_CLK(1)是让CLK处于高电平，即上升沿来了；

以上几句解释一下就是：

在CLK时钟上升沿来临之前把要写入的数据准备好，等上升沿来了就把准备好的数据写入。 这就是对时序图的解释。

记住，这仅仅是把数据写入到了74HC595中，但是还没有让74HC595锁存，即没有让数据显示出来，如果让数据显示的话，必须要给RCK一个上升沿(即时序图中的第2条)，操作如下：

单片机执行完这个程序后，数据才会在数码管上显示出来。

这一节内容的难度较大，主要是因为时序图这个东西是很模糊的一个内容，大家可以慢慢理解体会。

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实战之8051驱动8位数码管

8051驱动共阴极

过年有点时间，整理电脑，翻到一个之前的小作品，应一位刚入门的朋友的要求做的，控制8位数码管，依次显示0~9。发出来给大家瞧瞧。

由于当时手上没有开发板，就用Proteus来做电路仿真了。

工作环境：

Keil uVision5

Proteus 8 Professional

数码管

首先了解下数码管的相关知识

数码管的基本单元是发光二极管，按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，也就是多一个小数点（DP），这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容；按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位、8位等数码管。

>数码管内部原理

上图是一个数码管的内部示意图，一个数码管的显示部分由8个二极管构成，刚好是一个字节，51单片机也是8位单片机。

根据内部发光二极管的公共连接端不同，可以分为共阳极接法和共阴极接法，共阳极接法就是发光二极管的正极共同接电源VCC，通过控制每个发光二极管的负极是否接地来显示数字。共阴极接法就是每个发光二极管的负极共同接地GND，通过控制每个发光二极管的正极是否接电源来显示数字。

图中a~g管脚分别控制着每个发光二极管的亮灭，所以，如果要显示1的话，只需要点亮b，c两段即可（把单片机对应端口输出0x06即可）；如果要显示数字5，则只需要点亮a，f，g，c，d段即可组成数字5的显示（0x6d）。

>多位数码管内部原理图

上图是4位数码管的内部接线，每位数码管的阳极（或阴极）相连，其他相同引脚的引脚相连，一共有12个控制引脚，也可以得出8位的数码管有16个控制引脚，8个共阳（或共阴）端，8个控制a~g显示内容。

74LS138译码器

从数码管的显示原理来看，一个数码管要显示不同的字符，就要对数码管中的每个二极管进行不同控制，每个二极管要用到单片机的一个控制引脚，比如在实际应用中八位的共阴极或共阳极数码管，共有16个引脚，如果都使用单片机引脚进行控制，这就太浪费了，本来单片机的资源就很紧张。

解决办法是用一个译码器作为数码管的位选择器，需要哪一位显示就控制哪一位数码管的共阳（或共阴）端。

74LS138译码器1~3为输入端，由高到低为CBA; 7~15为输出端，由高到低为Y7-Y0。

工作过程：输入端输入三位二进制数，转成十进制，经过译码器后，输出端对应该十进制数的引脚（对应的Y）为低电平，其余为高电平，比如：

输入000，十进制为0，输出端的0位引脚为低电平，其余为高，也就是1111 1110；

输入101，十进制为5，输出端的5位引脚为低电平，其余为高，也就是1101 1111。

三位二进制数刚好可以表示0~7，8个数字，也就是可以控制8位数码管。

Proteus电路图

程序设计

#include <REGX51.H>

//延时函数

void delay(unsigned int ms){

int k,l;

for(k=0;k<ms;k++)

for(l=0;l<120;l++);

}

//一个数码管显示 0~f 十六进制数组

char numHex[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};

/**

选择数码管，并显示出对应的十进制数

index ：数码管位下标

num ：char numHex[] 数组对应十进制数的下标

*/

void setIndexNum(unsigned char index,unsigned char num){

switch(index){//数码管位选，74LS138译码器的输入

case 0:

P1_2=0;

P1_3=0;

P1_4=0;

break;

case 1:

P1_2=1;

P1_3=0;

P1_4=0;

break;

case 2:

P1_2=0;

P1_3=1;

P1_4=0;

break;

case 3:

P1_2=1;

P1_3=1;

P1_4=0;

break;

case 4:

P1_2=0;

P1_3=0;

P1_4=1;

break;

case 5:

P1_2=1;

P1_3=0;

P1_4=1;

break;

case 6:

P1_2=0;

P1_3=1;

P1_4=1;

break;

case 7:

P1_2=1;

P1_3=1;

P1_4=1;

break;

}

P3=numHex[num];//数码管显示字符

}

void main(){

//proteus 不用while即可循环，不明白

unsigned char i,j;

for(i = 0;i < 8;i++){

for(j = 0;j < 16;j++){

setIndexNum(i,j);

delay(300);

if(j >= 15) break;

}

if(i >= 7) break;

}

}

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