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8051微控制器与七段显示器接口

七段显示器用于显示数字信息。七段显示器可以显示从0到9的数字，甚至可以显示部分字符，如A、b、C、H、E、e、F等。它们非常流行，且有许多应用。在本项目中，我将展示如何通过将七段显示器与8051微控制器接口来工作。

在开始本概念之前，先了解如何将LED与8051微控制器接口。

本文描述了如何将七段显示器与AT89C51微控制器接口。该系统以预定延迟连续显示0到9的数字。在此过程中，我将设计两个电路：一个是单数位七段显示器电路，另一个是4位七段显示器电路。

1. 电路原理​

七段显示器内部由8个LED组成。在这8个LED中，7个用于表示0到9的数字，1个用于表示小数点。通常七段显示器有两种类型：共阴极和共阳极。

在共阴极型中，所有LED的阴极连接在一起，标记为com，而阳极单独引出。在共阳极型中，所有LED的阳极连接在一起，阴极单独引出。下图显示了七段显示器的内部连接。

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在第一个电路中，我将一个共阴极单数位七段显示器与8051微控制器接口，而在第二个电路中，我将一个共阳极型4位七段显示器与8051微控制器接口。

2. 电路原理图​

2.1 电路1：8051与单数位七段显示器接口（共阴极）​

在第一个电路中，我将单数位七段显示器与8051接口。该七段显示器为共阴极型。

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2.2 电路2：8051与4位七段显示器接口（共阳极）​

在第二个电路中，我将4位七段显示器与8051接口，显示器类型为共阳极型。

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3. 电路元件​

  • AT89C51微控制器
  • AT89C51编程板
  • 编程线缆
  • 12V直流电池或适配器
  • 共阴极七段显示器
  • 共阳极4位七段显示器
  • 电阻 – 10KΩ X 2，330Ω，1KΩ X 8，470Ω X 4
  • 1KΩ X 8电阻包
  • 33pF陶瓷电容 X 2
  • 11.0592 MHz晶振
  • 10μF电解电容
  • 2N2222 NPN晶体管 X 4
  • 按键
  • 连接导线

4. 电路设计​

4.1 电路1​

在这里，使用共阴极七段显示器显示数字。在此电路中，七段显示器的a到h引脚连接到微控制器的PORT2，com引脚通过330Ω电阻接地。该电阻用于降压。由于我们使用的是共阴极七段显示器，需要发送逻辑1信号给各段才能点亮。

下图显示了共阴极七段显示器结构。点用于表示小数点。所有LED的阴极连接到GND引脚。LED工作电压为2~3V，但控制器输出为5V，因此需要通过电阻连接a到g引脚以降低电压。

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4.2 电路2​

由于第二个电路使用的4位七段显示器为共阳极型，因此需要通过公共端驱动LED段。我使用了4个NPN晶体管来驱动4个公共阳极，并由8051控制。

a到h段连接到8051的PORT0引脚。

5. 数字驱动模式​

在七段显示器上显示数字，需要点亮不同逻辑组合的段。例如，要显示数字3，需要点亮a、b、c、d和g段。下表显示了从PORT2发送的十六进制值，以显示0到9的数字。

数字Dpgfedcba十六进制值
0001111100x3f
1000001100x06
2010110110x5b
3010011110x4f
4011001100x66
5011011010x6d
6011111010x7d
7000001110x07
8011111110x7f
9011001110x67

**注意：**这些值仅适用于共阴极显示器。如果驱动共阳极显示器，则需要取每个位的补码，并在代码中替换十六进制值（在第二个电路代码中已处理）。

6. 算法​

6.1 电路1​

首先在数组中初始化所有数字的段十六进制值：

unsigned char arr[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x67};

然后使用for循环，将数组值赋给PORT2，并延迟一定时间：

for (i=0;i<10;i++)
{
    P2=arr[i];
    delay_ms(500);
}

6.2 电路2​

首先在数组中初始化数字的段十六进制值：

unsigned char ch[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

根据值切换各位显示：

void display (unsigned long int n)
{
    led=ch[n/1000];
    sw1=1;
    sdelay(30);
    sw1=0;

    led=ch[(n/100)%10];
    sw2=1;
    sdelay(30);
    sw2=0;

    led=ch[(n/10)%10];
    sw3=1;
    sdelay(30);
    sw3=0;

    led=ch[n%10];
    sw4=1;
    sdelay(30);
    sw4=0;
}

7. 代码​

7.1 电路1（单数位）​

代码及仿真文件可从下载链接获取。

下载项目代码

7.2 电路2（4位）​

#include<reg51.h> 
#define led P0
sbit sw1=P2^0;
sbit sw2=P2^1;
sbit sw3=P2^2;
sbit sw4=P2^3;
unsigned char ch[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
//void delay (int);
void display (unsigned long int);
void sdelay (char);

/*void delay (int d)
{
	unsigned char i;
	for(;d>0;d--)
	{
		for(i=250;i>0;i--);
		for(i=248;i>0;i--);
	}
}*/

void sdelay (char d)
{
	for(;d>0;d--);
}

void display (unsigned long int n)
{
	led=ch[n/1000];
	sw1=1;
	sdelay(30);
	sw1=0;
	
	led=ch[(n/100)%10];
	sw2=1;
	sdelay(30);
	sw2=0;
	
	led=ch[(n/10)%10];
	sw3=1;
	sdelay(30);
	sw3=0;
	
	led=ch[n%10];
	sw4=1;
	sdelay(30);
	sw4=0;
}

void main()
{
	unsigned long int i=1;
	
	while(1)
	{
		i=++i;
		display(i);
		if(i==9999)
			i=0;
	}
}

8. 操作方法​

  • 将程序烧录到微控制器
  • 按电路图连接
  • 确保第一个电路中七段的a到g引脚分别连接到P2.0到P2.6，第二个电路连接到PORT0引脚
  • 打开电源，第一个电路上将以一定延迟连续显示0到9，第二个电路上显示0到9999
  • 关闭电源

9. 应用​

  • 七段显示器广泛用于数字时钟显示时间
  • 用于电子仪表显示数字信息
  • 用于仪表盘
  • 用于数字读数显示

10. 限制​

  • 显示大量信息时复杂度增加
  • 无法在七段显示器上显示符号