七段LED显示器及其驱动方式探究

七段LED（数码管）显示器如图9-6所示，它实际上是由8个发光二极管构成，其中7个发光二极管排列成“8”字形的笔画段，另一个发光二极管为圆点形状，安装在显示器的右下角作为小数点使用。通过发光二极管亮暗的不同组合，可显示出0～9的阿拉伯数字符号以及其他能由这些笔画段构成的各种字符。

图9-6 七段LED显示器

七段LED显示器的内部结构共有两种不同形式：一种是共阳极显示器，其内部电路如图9-7a所示，即8个发光二极管的正极全部连接在一起组成公共端，8个发光二极管的负极各自独立引出，使用时公共阳极接5V，这时负极接低电平的发光二极管就导通点亮，而接高电平的则不点亮；另一种是共阴极显示器，其内部电路如图9-7b所示，即8个发光二极管的负极全部连接在一起组成公共端，8个发光二极管的正极则各自独立引出，使用时公共阴极接地，这时正极接高电平的发光二极管就导通点亮，而接低电平的则不点亮。

图9-7 七段LED显示器的内部电路

实验中使用的89S51单片机，其P0～P3口具有20mA的电流输出能力，因此可直接驱动共阳极的七段LED显示器。

为了显示数字或符号，要为七段LED显示器提供代码，因为这些代码是为显示字形的，因此称为字形代码。7个发光二极管，再加上一个小数点位，共计8位代码，由一个数据字节提供，各数据位的对应关系见表9-5。

表9-5 七段LED显示器数据位的对应关系

七段LED显示器的字形（段）码见表9-6。

表9-6 七段LED显示器的字形（段）码(www.xing528.com)

在单片机应用系统中，七段LED显示器的显示方法有两种：静态显示法和动态扫描显示法。

（1）静态显示法 所谓静态显示，就是每一个显示器各笔画段都要独占有锁存功能的输出口线，CPU把欲显示的字形代码送到输出口上，就可以使显示器显示出所需的数字或符号，此后，即使CPU不再去访问它，显示的内容也不会消失（因为各笔画段接口具有锁存功能）。

静态显示法的优点是显示程序十分简单，显示亮度高；由于CPU不必经常扫描显示器，所以节约了CPU的工作时间。但静态显示法也有其缺点，主要是占用的I/O口线较多，硬件成本较高。所以静态显示法常用在显示器数目较少的应用系统中。

（2）动态扫描显示法 动态扫描显示法是单片机应用系统中最常用的显示方式之一。它是把所有七段数码显示器的8个笔画段a～h的各端互相并接在一起，并把它们接到字段输出口上。为了防止各个显示器同时显示相同的数字，各个显示器的公共端COM还要受到另一组信号控制，即把它们接到位输出口上。这样，一组七段LED数码显示器需要由两组信号来控制：一组是字段输出口输出的字形代码，用来控制显示的字形，称为段码；另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位显示器工作，称为位码。在这两组信号的控制下，可以一位一位地轮流点亮各个显示器显示各自的数码，以实现动态扫描显示。

在轮流点亮一遍的过程中，每位显示器点亮的时间是极为短暂的（1～5ms）。由于LED具有余辉特性以及人眼视觉的暂留效应，尽管各位显示器实际上是分时断续地显示，但只要适当选取扫描频率，给人眼的视觉印象就会是在连续稳定地显示，不会察觉有闪烁现象。动态扫描显示由于各个LED的字段线是并联使用的，因而大大简化了硬件电路。动态显示示意图如图9-8所示。

图9-8 动态显示示意图

在实际的单片机系统中，LED显示程序都是作为一个子程序供监控程序调用，因此各位显示器都扫过一遍之后，就返回监控程序。返回监控程序后，进行一些其他操作，再调用显示扫描程序，通过这种反复调用来实现七段LED显示器的动态扫描。

动态扫描显示接口电路虽然硬件简单，但在使用时必须反复调用显示子程序，若CPU要进行其他操作，那么显示子程序只能插入循环程序中，这往往束缚了CPU的工作，降低了CPU的工作效率。另外扫描显示电路中，显示器数目也不宜太多，一般在12个以内，否则会使人察觉出显示器在分时轮流显示。