单片机基础：LED接口原理详解

常用的LED显示器有LED状态显示器(俗称发光二极管)、LED七段显示器(俗称数码管)和LED十六段显示器。发光二极管可显示两种状态，用于系统状态显示;数码管用于数字显示;LED十六段显示器用于字符显示。

1. 数码管简介

1) 数码管结构

数码管由8个发光二极管(以下简称字段)构成，通过不同的组合可用来显示数字0 ~9、字符A ~ F、H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“.”。数码管的外形结构如下图所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。

2) 数码管工作原理

共阳极数码管的8个发光二极管的阳极(二极管正端)连接在一起。通常，公共阳极接高电平(一般接电源)，其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。

共阴极数码管的8个发光二极管的阴极(二极管负端)连接在一起。通常，公共阴极接低电平(一般接地)，其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。

3) 数码管字形编码

要使数码管显示出相应的数字或字符，必须使段数据口输出相应的字形编码。对照图7.10(a)，字型码各位定义为：数据线D0与a字段对应，D1与b字段对应……，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗;如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0”，共阳极数码管的字型编码应为：11000000B(即C0H);共阴极数码管的字型编码应为：00111111B(即3FH)。依此类推。

2.静态显示接口

静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地(共阴极)或接正电源(共阳极)。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用CPU时间少，编程简单，显示便于监测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。

3.动态显示接口

动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制;各位的位选线(公共阴极或阳极)由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码。依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符。虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。

采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。