任务2 LED数码管显示原理
1.LED数码管结构及字形代码
通常使用的7段LED数码管是由8个LED组成的，其中7个LED （a～g） 呈 “日”字形排列，另有一个LED用于表示小数点dp，其结构及连接方式如图4-6 所示。当某一 LED导通时，相应地点亮某一点或某一段笔画，通过LED不同的亮暗组合可以形成不同的数字、字母及其他符号。
LED数码管中LED有两种接法：①所有LED的阳极连接在一起，称之为共阳极接法；②所有LED的阴极连接在一起，称之为共阴极接法。一般共阴极接法可以不外接电阻，但共阳极接法一定要外接电阻。
图4-6 LED数码管的结构及连接方式
LED数码管的LED亮暗组合实质上就是不同电平的组合，也就是为LED数码管提供不同的代码，这些代码称为字形代码（即段码）。字形代码与这8段LED的关系如下：
字形代码与十六进制数的对应关系见表4-1。从表中可以看出，共阴极接法与共阳极接法的字形代码互为补数。
2.LED数码管的显示方式
在单片机应用系统中，一般需要使用多个LED数码管，多个LED数码管是通过n根位选线和8×n根段选线连接在一起的。根据显示方式的不同，位选线与段选线的连接方法也不相同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮或暗。n个LED数码管的连接方法如图4-7所示。
图4-7 n个LED数码管的连接方法
LED数码管有静态和动态两种显示方式。
表4-1 字形代码与十六进制数的对应关系
静态显示就是当LED数码管要显示某一个字符时，相应的LED恒定导通或截止。例如，当LED数码管显示“0”时，a、b、c、d、e、f段导通，g、dp段截止。单片机将所要显示的数据送出去后就不需再管它，直到下一次显示数据需更新时再传送一次数据即可，显示数据稳定，占用CPU时间少。但这种显示方式的每一位都需要一个8位输出端口控制，如果单片机系统中有n个LED数码管，就需要8×n根I/O端口线，所占用的I/O资源较多，需进行扩展。
动态显示就是逐位地轮流点亮各位数码管，对于每个LED数码管来说，每隔一段时间点亮一次，即CPU需要时刻对数码管进行刷新，显示有闪烁感，占用CPU时间较多。数码管的显示亮度既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整好电流和时间参数，可实现亮度较高、较稳定的显示。若数码管的位数不大于8，仅需占用两个8位I/O端口。
3.LED数码管的识别与检测方法
LED数码管的识别与检测可以采用干电池检测或万用表检测这两种方法。
1） 干电池检测法 将两节普通1.5V干电池串联起来形成3V电压源，并串联一个100Ω、1/8W的限流电阻，以防止电流过大烧坏被测LED数码管。将3V电压源的负极引线接在被测数码管的公共阴极上，正极引线依次接触各笔段电极。当正极引线接触到LED数码管的某一段码电极时，对应段码就发光显示。采用这种方法可以快速检测出数码管是否有断笔（某一段码不能显示）或连笔（某些段码连在一起），并且可相对比较出不同的段码发光强弱是否一致。若检测共阳极数码管，只需将电池的正、负极引线对调一下即可。
将被测数码管的各段码电极全部短接起来，再接通测试用的3V电压源，则可使被测数码管实现全段码发光。对于质量较好的数码管，其发光颜色应该均匀，并且无段码残缺或局部变色等现象。
如果不清楚被测数码管是共阳极的还是共阴极的，也不知道引脚排序，可从被测数码管的左侧第1脚开始，按逆时针方向依次测试各引脚，使各段码分别发光，即可测绘出该数码管的引脚排列和内部接线。注意，测试时只要某一段码发光，就说明被测的两个引脚中有一个是公共引脚，假定某一引脚是公共引脚，变动另一测试引脚，如果另一个段码发光，说明假定正确。这样根据公共引脚所接电源的极性，可判断出被测数码管是共阳极的还是共阴极的。显然，如果公共引脚接电池正极，则被测数码管为共阳极的；如果公共引脚接电池负极，则被测数码管为共阴极的。接下来测试其他各引脚，即可很快确定出所对应的段码来。
2） 万用表检测法 这里以指针式万用表为例，说明具体检测方法。首先，将指针式万用表拨至 “R×10k”电阻挡 （由于数码管内部的LED正向导通电压一般不小于1.8V，所以万用表的电阻挡应置于内部电池电压是15V （或9V） 的 “R×10k”挡，而不应置于内部电池电压是1.5V的 “R×100”或 “R×1k”挡，否则无法正常测量LED的正、反向电阻）；然后，进行检测。在测量共阴极数码管时，万用表红表笔 （注意：红表笔接表内电池负极、黑表笔接表内电池正极） 应接数码管的 “-”公共端，黑表笔则分别去接各段码电极（a～g和dp引脚）；对于共阳极的数码管，黑表笔应接数码管的 “+”公共端，红表笔则分别去接a～g和dp引脚。正常情况下，万用表的指针应该偏转 （一般示数在100kΩ 以内），说明对应段码的LED导通，同时对应段码会发光。若测到某个引脚时，万用表指针不偏转，所对应的段码也不发光，则说明被测段码的 LED 已经开路损坏。与干电池检测法一样，采用万用表检测法也可对不清楚结构类型和引脚排序的数码管进行快速检测。