嵌入式开发常用模块：数码管的原理及应用

数码管，也称作辉光管，是一种可以显示数字和其他信息的电子设备。玻璃管中包括一个金属丝网制成的阳极和多个阴极。大部分数码管阴极的形状为数字。管中充以低压气体，通常大部分为氖加上一些汞和／或氩。给某一个阴极充电，数码管就会发出颜色光，视乎管内的气体而定，一般都是橙色或绿色。
 
数码管的最常见形式有 10 个阴极，形状为数字 0 到 9，某些数码管还有一个或两个小数点。然而也有其他类型的数码管显示字母、标记和符号。如一种“数码管”，其阴极为一个模板制成的面具，上面有数字形状的孔。
 
将 170 伏的直流电压加在阴极和阳极之间，每一个阴极可以发出氖的的红橙色光。由于混合气体的不同，不同类型的数码管之间的颜色有所区别。寿命较长的数码管在制造中加入了汞，减少了溅射，结果发出的光的颜色为蓝色或紫色调。在某些情况下，这些颜色被玻璃上的红色或橙色过滤涂层过滤。
 
数码管是如何形成数字 0 到 9？

数码管又称 8 段 LED 灯，就是由 8 段 LED 灯组成。
 
在我们的实际应用中，对这 8 段 LED 灯又分别取名为：a，b，c，d，e，f，g，h（或叫 dp）
在数码管的内部，根据连线的不同，将数码管分为共阴数码管和共阳数码管。
共阳数码管：8 个 LED 灯的阳极全部连接在一起，将每个 LED 灯的阴极分别引出；
共阴数码管：8 个 LED 灯的阴极全部连接在一起，将每个 LED 灯的阳极分别引出；
下图中左边为共阳数码管的内部结构，右边则为共阴数码管的内部结构。

共阳数码管的公共端接高电平，某一端接低电平，该段则亮；共阴数码管为公共端接低电平，某一端接高电平，该段则亮，二者的逻辑刚好相反。
 
数码管的驱动显示

一般来说，数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。
 
1、静态显示驱动

静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I／O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二－十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I／O 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 5×8＝40 根 I／O 端口来驱动，要知道一个 89S51 单片机可用的 I／O 端口才 32 个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。
 
2、动态显示驱动

数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划＂a，b，c，d，e，f，g，dp＂的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I／O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I／O 端口，而且功耗更低。