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文章目录
- 数码管的动态显示
- 动态显示的基本原理
- 数码管显示消隐
数码管的动态显示
动态显示的基本原理
我们在上一章学习数码管静态显示的时候说到，74HC138只能同时在同一时刻导通一个三极管，而我们的数码管是靠了6个三极管来控制的，那我们如何让数码管同时显示呢？这就用到了动态显示的概念。
多个数码管显示数字的时候，我们实际上是轮流点亮数码管(一个时刻内只有一个数码管是亮的)，利用人眼的视觉暂留现象(也叫做余晖效应)，就可以做到看起来是所有数码管都同时亮了，这就是动态显示，也叫做动态扫描。
例如：有两个数码管，我们要显示"12"这个数字，先让高位的位选三极管导通，然后控制段选让其显示"1",延时一定时间后再让低位的位选三极管导通，然后控制段选让其显示"2"。把这个流程以一定的速度循环运行就可以让数码管显示出"12"，由于交替速度非常快，人眼识别到的就是"12"这两位数字同时亮了。
那么一个数码管需要点亮多长时间呢？也就是说要多长时间完成一次全部数码管的扫描呢(很明显，整体扫描时间 = 单个数码管点亮时间*数码管个数)？答案是：10ms以内。
当电视机和显示器还处在CRT(电子显像管)时代的时候，有一句很流行的广告语——“100Hz无闪烁”，没错，只要刷新率大于100Hz,即刷新时间小于10ms,就可以做到无闪烁，这也就是我们动态扫描的硬性指标。那么你也许会问，有最小值的限制吗？理论上没有，但实际上做到更快的刷新却没有任何进步意义了，因为已经无闪烁了，再快也还是无闪烁，只是突然增加CPU负担而已(因为1秒内要执行更多次的扫描程序)。所以，通常我们设计程序的时候，都是取一个接近10ms，又比较规整的值就行了。我们开发板上有6个数码管，那么我们现在就来着手写一个数码管动态扫描的程序，实现兼验证上面讲解的动态显示原理。
我们的目标还是实现秒表功能，只不过这次有6个位了，最大可以记到999999秒。那么现在要实现的这个程序相对于前几章的例程来说就复杂的多了，既要处理秒表计数，又要处理动态扫描。在编写这类比较复杂的程序时，建议初学者先用程序流程图来把程序的整个流程理清，在动手写程序之前先把整个程序的结构框架搭好，把每一个环节要实现的功能先细化出来，然后用程序代码一步一步的去实现出来。这样就可以避免无处下笔的迷茫感了。如图6-1就是本例的程序流程图，大家先根据流程图把程序的执行经过在大脑里走一遍，然后再看接下来的程序代码，体会一下流程图的作用，看是不是能够帮助你更流畅的理清程序流程。
#include <reg52.h>
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
unsigned char code LedChar[] = {//数码管显示字符转换表
0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,
0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86，0x8E
}
unsigned char LedBuff[6] = {//数码管显示缓存区，初值0xFF确保启动时都不亮
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF
}
void main(void)
{
unsigned char i = 0;//动态扫描的索引
unsigned int cnt = 0;//记录T0中断次数
unsigned long sec = 0;//记录经过的秒数
ENLED = 0;//使能U3，选择控制数码管
ADDR3 = 1；//因为需要动态改变ADDR0~2的值，所以不需要再初始化了
TMOD = 0x01； //设置T0为模式1
TH0 = 0xFC;//为T0赋初值0xFC67,定时1ms
TL0 = 0x67;
TR0 = 1; //启动T0
while(1)
{
if(TF==1) //判断T0是否溢出
{
TF = 0; //T0溢出后，清零中断标志
TH0 = 0xFC;//并重新赋初值
TL0 = 0x67;
cnt++;
if(cnt>=1000)
{
cnt = 0; //达到1000次后计数值请0
sec++; //秒数自动加1
//以下代码sec按十进制从低到高依次提取并转换为数码管显示字符
LedBuff[0] = LedChar[sec%10];
LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];
LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];
LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];
LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];
LedBuff[5] = LedChar[sec/10000%10];
}
//以下代码完成数码管动态扫描
if(i == 0){
ADDR2 = 0;ADDR1 = 0;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[0];
}else if(i == 1){
ADDR2 = 0;ADDR1 = 0;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[1];
}else if(i == 2){
ADDR2 = 0;ADDR1 = 1;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[2];
}else if(i == 3){
ADDR2 = 0;ADDR1 = 1;ADDR0 = 1;i++;P0 = LedBuff[3];
}else if(i == 4){
ADDR2 = 1;ADDR1 = 0;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[4];
}else if(i == 5){
ADDR2 = 1;ADDR1 = 0;ADDR0 = 1;i++;P0 = LedBuff[5];
}
}
}
}
这段程序，大家自行抄到keil中，然后边抄写边结合程序流程图来理解，最终下载到实验班上看一下运行结果。其中下边的if…else语句就是每1ms就刷新一个数码管，这样6个数码管整体刷新一遍的时间就是6ms，视觉感官上就是6个数码管同时亮了起来。
在C语言中，"/“等同于数学里的除法运算，而”%"等同于我们小学学习的求余数运算，这个前面已经有介绍，如果是123456这个数字，我们要正常显示在数码管上，个位显示，就是直接对10取余数，这个"6"就出来了，十位数字是先除以10，然后再对10取余数，以此类推，就把6个数字全部显示出来了。
对于多选一的动态刷新数码管的方式，我们如果用switch会有更好的效果，大家来看一下我们用switch语句完成的情况。
#include <reg52.h>
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
unsigned char code LedChar[] = {//数码管显示字符转换表
0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,
0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86，0x8E
}
unsigned char LedBuff[6] = {//数码管显示缓存区，初值0xFF确保启动时都不亮
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF
}
void main(void)
{
unsigned char i = 0;//动态扫描的索引
unsigned int cnt = 0;//记录T0中断次数
unsigned long sec = 0;//记录经过的秒数
ENLED = 0;//使能U3，选择控制数码管
ADDR3 = 1；//因为需要动态改变ADDR0~2的值，所以不需要再初始化了
TMOD = 0x01； //设置T0为模式1
TH0 = 0xFC;//为T0赋初值0xFC67,定时1ms
TL0 = 0x67;
TR0 = 1; //启动T0
while(1)
{
if(TF==1) //判断T0是否溢出
{
TF = 0; //T0溢出后，清零中断标志
TH0 = 0xFC;//并重新赋初值
TL0 = 0x67;
cnt++;
if(cnt>=1000)
{
cnt = 0; //达到1000次后计数值请0
sec++; //秒数自动加1
//以下代码sec按十进制从低到高依次提取并转换为数码管显示字符
LedBuff[0] = LedChar[sec%10];
LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];
LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];
LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];
LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];
LedBuff[5] = LedChar[sec/10000%10];
}
//以下代码完成数码管动态扫描
if(i == 0){
ADDR2 = 0;ADDR1 = 0;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[0];
}else if(i == 1){
ADDR2 = 0;ADDR1 = 0;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[1];
}else if(i == 2){
ADDR2 = 0;ADDR1 = 1;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[2];
}else if(i == 3){
ADDR2 = 0;ADDR1 = 1;ADDR0 = 1;i++;P0 = LedBuff[3];
}else if(i == 4){
ADDR2 = 1;ADDR1 = 0;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[4];
}else if(i == 5){
ADDR2 = 1;ADDR1 = 0;ADDR0 = 1;i++;P0 = LedBuff[5];
}
switch(i){
case 0: ADDR2 = 0;ADDR1 = 0;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[0];break;
case 1: ADDR2 = 0;ADDR1 = 0;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[1];break;
case 2: ADDR2 = 0;ADDR1 = 1;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[2];break;
case 3: ADDR2 = 0;ADDR1 = 1;ADDR0 = 1;i++;P0 = LedBuff[3];break;
case 4: ADDR2 = 1;ADDR1 = 0;ADDR0 = 0;i++;P0 = LedBuff[4];break;
case 5: ADDR2 = 1;ADDR1 = 0;ADDR0 = 1;i++;P0 = LedBuff[5];break;
}
}
}
}
程序完成的功能是一模一样的，但大家看一下，switch语句是不是比if…else语句要显得整齐清爽呢？
数码管显示消隐
不知道同学们是否发现了，我们的这两个数码管动态显示程序的运行效果似乎并不是那么完美，第一个小问题，大家仔细看，数码管不应该亮的段，似乎有微微的发亮，这种现象叫做"鬼影"，这个"鬼影"严重影响了我们的视觉效果，那我们该如何取解决呢？
同学们在今后可能会遇到各种各样的实际问题，可能很多都是我们没有讲过的，遇到问题怎么办呢？大家要相信，你作为初学者，遇到的问题肯定不是第一个遇到的，肯定有前辈已经遇到过相同的或类似的问题，它们一般都会在网上发表各种帖子，各种讨论，所以大家遇到问题，首先应该就形成一个到网上搜索的条件反射，这个问题大家可以到网上搜索：“数码管消隐"或者"数码管鬼影解决”，多找找相关关键字试试，会搜索也是一种能力。
大家在网上搜了一下会发现，解决这类问题的方法有两个，其中之一是延时，延时之后我们肉眼就可能看不到这个"鬼影"了。但是"延时"是一种非常拙劣的手段，且不说延时多久能让我们看不到"鬼影"，延时后，我们的数码管亮度会普遍降低。我们解决问题呢，不能只知其然，还要知其所以然，那么我们首先就来弄明白为什么会出现"鬼影"。
"鬼影"的出现，主要是在数码管位选和段选产生的瞬态造成的。举个例子，我们在数码管动态显示的那部分程序中，实际上每一个数码管点亮的持续时间是1ms的时间，1ms后进行下个数码管的切换。在进行数码管切换的时候，比如我们从case 5要切换到 case 0的时候，case 5的位选用的是ADDR0 = 1;ADDR1 = 0;ADDR2 = 1;假如此刻case5也就是最高位数码管对应的值是0，我们要切换的case 0的数码管位选是ADDR0 = 0;ADDR1 = 0;ADDR2 = 0;而对应的数码管的值假如是1.又因为C语言的语句是一条一条往下执行的，每一天语句的执行都会占用一定的时间，这个瞬间存在了一个中间状态ADDR0 = 0;ADDR1 = 0;ADDR2 = 1;在这个瞬间上，我们就给case 4对应的数码管DS5瞬间赋值了0.当我们全部写完了ADDR0 = 0;ADDR1 = 0;ADDR2 = 0;后，这个时候我们的P0还没有正式赋值，而P0此刻却保持了前一次的值，也就使在这个瞬间，我们又给case 0对应的数码管DS1赋值了一个0.直到我们把case 0后面的语句全部完成后，我们的刷新才正式完成。而在这个刷新的过程中，有两个瞬间我们给错误的数码管赋了值，虽然很弱(因为亮的时间很短)，但是我们还是能够发现。
那么搞明白了原理之后，解决起来就不是困难的事情了，我们只要避开这个顺势错误就可以了。不产生瞬时错误的方法是，在进行位选切换期间，避免一切数码管的赋值即可。方法有两个：一个方法是刷新之前关闭的所有的段，改变好了位选后再打开段选即可；第二个方法是关闭数码管的位，赋值过程都做好后，再重新打快即可。这个不是很难，答案我都公布一下。
关闭段：在switch(i)这句程序之前，加一句P0 = 0xFF;这样就把数码管的所有的段选都关闭了，当把"ADDR"的值全部搞定后，再给P0赋对应的值即可。
关闭位：在switch(i)这句程序之前，加上一句ENLED = 1;等到ADDR0 = 0;ADDR1 = 0;ADDR2 = 0;i++;P0 = LedBuff[0]；这几条刷新程序全部写完后，再加上一句ENLED = 0;然后再进行break操作即可。
这个地方逻辑思路上稍微有点复杂，大家一定要理解深刻，彻底弄明白，把这个瞬间的问题弄明白了，后面很多牵扯到此类情况的问题，我们都可以一并搞定。
上面的数码管程序还有第二个问题，大家仔细看，我们的数码管上的数字每一秒变化一次，变化的时候，不出现变化的数码管可能出现一次抖动，这个抖动没有什么专业的名字，我们就称之为数码管抖动吧。这种数码管抖动是什么原因造成的呢？为何在数据改变的时候才抖动呢？
来分析一下我们的程序，程序在定义到一秒的时候，执行了"秒数+1并转换为数码管显示字符"这个操作，一个32位整数型的除法运算，实际上是比较耗费时间的，至于这一段程序究竟耗费了多少时间，大家可以通过第四章讲的调试方法来看看这段程序运行多少时间。由于每次定时到一秒的时候，程序都多运行了这么一段，导致了某个数码管的点亮时间比其他情况要长一些，总时间就变成了1ms+本程序运行时间，于此同时，其他的数码管就熄灭了5ms+本段程序运行时间，如果这段程序运行时间非常短，那么可以忽略不计，但很明显，现在这段程序运行时间已经比较长了，以致于严重影响到视觉效果了，我们要采取另外一种思路去解决这个问题。
在我们学习完中断的知识后，自然会给出相应的解决方案！
