6.4數碼管的動態顯示
6.4.1 動態顯示的基本原理
學習數碼管靜態顯示的時候提到，74HC138只能在同一時刻導通一個三極管，而數碼管是靠了6個三極管來控制，那如何來讓數碼管同時顯示呢？這就用到了動態顯示的概念。
多個數碼管顯示數字的時候，實際上是輪流點亮數碼管（一個時刻內只有一個數碼管是亮的），利用人眼的視覺暫留現象（也叫余輝效應），就可以做到看起來是所有數碼管都同時亮了，這就是動態顯示，也叫做動態掃描。
例如：有2個數碼管，要顯示“12”這個數字，先讓高位的位選三極管導通，然后控制段選讓其顯示“1”，延時一定時間后再讓低位的位選三極管導通，控制段選讓其顯示“2”。把這個流程以一定的速度循環運行就可以讓數碼管顯示出“12”，由于交替速度非常快，人眼識別到的就是“12”這兩位數字同時亮了。
那么一個數碼管需要點亮多長時間呢？也就是說要多長時間完成一次全部數碼管的掃描呢（很明顯：整體掃描時間=單個數碼管點亮時間*數碼管個數）？答案是10ms以內。當電視機和顯示器還處在CRT（電子顯像管）時代的時候，有一句很流行的廣告語——“100Hz無閃爍”，只要刷新率大于100Hz，即刷新時間小于10ms，就可以做到無閃爍，這也就是動態掃描的硬性指標。有最小值的限制嗎？理論上沒有，但實際上做到更快的刷新卻沒有任何進步的意義了，因為已經無閃爍了，再快也還是無閃爍，只是徒然增加CPU的負荷而已（因為1秒內要執行更多次的掃描程序）。所以，通常設計程序的時候，都是取一個接近10ms，又比較規整的值就行了。Kingst51開發板上有6個數碼管，現在就來著手寫一個數碼管動態掃描的程序，實現兼驗證動態顯示原理。
目標還是實現秒表功能，只不過這次有6個位了，最大可以計到999999秒。現在要實現的這個程序相對于前幾章的例程來說就要復雜的多了，既要處理秒表計數，又要處理動態掃描。在編寫這類稍復雜的程序時，建議初學者們先用程序流程圖來把程序的整個流程理清，在動手寫程序之前先把整個程序的結構框架搭好，把每一個環節要實現的功能先細化出來，然后再用程序代碼一步一步的去實現出來。這樣就可以避免無處下筆的迷茫感了。如圖6-1就是本例的程序流程圖，先根據流程圖把程序的執行經過在大腦里走一遍，然后再看接下來的程序代碼，體會一下流程圖的作用，看是不是能幫助你更順暢的理清程序流程。
圖6-1 數碼管動態顯示秒表程序流程圖
#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[] = { //數碼管顯示字符轉換表
0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
};
unsigned char LedBuff[6] = { //數碼管顯示緩沖區，初值0xFF確保啟動時都不亮
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};
void main()
{
unsigned char i = 0; //動態掃描的索引
unsigned int cnt = 0; //記錄T0中斷次數
unsigned long sec = 0; //記錄經過的秒數
ENLED = 0; //使能U3，選擇控制數碼管
ADDR3 = 1; //因為需要動態改變ADDR0-2的值，所以不需要再初始化了
TMOD = 0x01; //設置T0為模式1
TH0 = 0xFC; //為T0賦初值0xFC67，定時1ms
TL0 = 0x67;
TR0 = 1; //啟動T0
while (1)
{
if (TF0 == 1) //判斷T0是否溢出
{
TF0 = 0; //T0溢出后，清零中斷標志
TH0 = 0xFC; //并重新賦初值
TL0 = 0x67;
cnt++; //計數值自加1
if (cnt >= 1000) //判斷T0溢出是否達到1000次
{
cnt = 0; //達到1000次后計數值清零
sec++; //秒計數自加1
//以下代碼將sec按十進制位從低到高依次提取并轉為數碼管顯示字符
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/100000%10];
}
//以下代碼完成數碼管動態掃描刷新
if (i == 0)
{ ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; }
else if (i == 1)
{ ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; 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=0; P0=LedBuff[5]; }
}
}
}
這段程序可以先抄到Keil中，結合程序流程圖理解，最終下載到實驗板上看一下運行結果。其中if...else語句就是每1ms快速的刷新一個數碼管，這樣6個數碼管整體刷新一遍的時間就是6ms，視覺感官上就是6個數碼管同時亮起來了。
在C語言中，“/”等同于數學里的除法運算，而“%”等同于小學數學的求余數運算，這個前邊已有介紹。如果是123456這個數字，要正常顯示在數碼管上，個位顯示，就是直接對10取余數，這個“6”就出來了，十位數字就是先除以10，然后再對10取余數，以此類推，就把6個數字全部顯示出來了。
對于多選一的動態刷新數碼管的方式，如果用switch會有更好的效果，來看一下用switch語句完成的情況。
#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[] = { //數碼管顯示字符轉換表
0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
};
unsigned char LedBuff[6] = { //數碼管顯示緩沖區，初值0xFF確保啟動時都不亮
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};
void main()
{
unsigned char i = 0; //動態掃描的索引
unsigned int cnt = 0; //記錄T0中斷次數
unsigned long sec = 0; //記錄經過的秒數
ENLED = 0; //使能U3，選擇控制數碼管
ADDR3 = 1; //因為需要動態改變ADDR0-2的值，所以不需要再初始化了
TMOD = 0x01; //設置T0為模式1
TH0 = 0xFC; //為T0賦初值0xFC67，定時1ms
TL0 = 0x67;
TR0 = 1; //啟動T0
while (1)
{
if (TF0 == 1) //判斷T0是否溢出
{
TF0 = 0; //T0溢出后，清零中斷標志
TH0 = 0xFC; //并重新賦初值
TL0 = 0x67;
cnt++; //計數值自加1
if (cnt >= 1000) //判斷T0溢出是否達到1000次
{
cnt = 0; //達到1000次后計數值清零
sec++; //秒計數自加1
//以下代碼將sec按十進制位從低到高依次提取并轉為數碼管顯示字符
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/100000%10];
}
//以下代碼完成數碼管動態掃描刷新
switch (i)
{
case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; break;
case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; 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=0; P0=LedBuff[5]; break;
default: break;
}
}
}
}
程序完成的功能是一模一樣的，但switch語句是不是比if...else語句顯得要整齊清爽呢。
6.4.2數碼管顯示消隱不知道讀者是否發現了，這兩個數碼管動態顯示程序的運行效果似乎并不是那么完美，第一個小問題，仔細看的話數碼管的不應該亮的段，似乎有微微的發亮，這種現象叫做“鬼影”，這個“鬼影”嚴重影響了視覺效果，該如何解決呢？ 在今后可能會遇到各種各樣的實際問題，可能很多都是教材沒有講過的，遇到問題怎么辦呢？作為初學者，遇到的問題肯定不是第一個遇到的，肯定有前輩已經遇到過相同的或類似的問題，一般都會在網上發表各種帖子，各種討論，所以遇到問題，首先就應該形成一個到網上搜索的條件反射，這個問題大家可以到網上搜：“數碼管消隱”或者“數碼管鬼影解決”，多找相關關鍵詞搜索試試，會搜索也是一種能力。而且隨著技術發展，各種AI大模型也越來越強大，也可以直接咨詢AI大模型。 解決這類問題的方法有兩個，其中之一是延時，延時之后肉眼就可能看不到這個“鬼影”了。但是延時是一個非常拙劣的手段，且不說延時多久能看不到“鬼影”，延時后，數碼管亮度會普遍降低。解決問題，不能只知其然，還要知其所以然，那么首先就來弄明白為什么會出現“鬼影”。 “鬼影”的出現，主要是在數碼管位選和段選產生的瞬態造成的。舉個簡單例子，在數碼管動態顯示的那部分程序中，實際上每一個數碼管點亮的持續時間是1ms的時間，1ms后進行下個數碼管的切換。在進行數碼管切換的時候，比如從case 5要切換到case 0的時候，case 5的位選用的是 ADDR0=1; ADDR1=0; ADDR2=1; 假如此刻case 5也就是最高位數碼管對應的值是0，要切換成的case 0的數碼管位選是 ADDR0=0; ADDR1=0; ADDR2=0; 而對應的數碼管的值假如是1。 又因為C語言程序是一句一句順序往下執行的，每一條語句的執行都會占用一定的時間，即使這個時間非常非常短暫，從case5到case0，要改變2條語句。當把“ADDR0=1”改變成“ADDR0=0”的時候，這個瞬間存在了一個中間狀態 ADDR0=0; ADDR1=0; ADDR2=1; 在這個瞬間上，就給case 4對應的數碼管DS5瞬間賦值了0。當全部寫完了ADDR0=0; ADDR1=0; ADDR2=0;后，這個時候，P0還沒有正式賦值，而P0此刻保持了前一次的值，也就是在這個瞬間，又給case 0對應的數碼管DS1賦值了一個0。直到把case 0后邊的語句全部完成后，刷新才正式完成。在這個刷新過程中，有2個瞬間給錯誤的數碼管賦了值，雖然很弱（因為亮的時間很短），但是還是能夠發現。 搞明白了原理后，解決起來就不是困難的事情了，只要避開這個瞬間錯誤就可以了。不產生瞬間錯誤的方法是，在進行位選切換期間，避免一切數碼管的賦值即可。方法有兩個，一個方法是刷新之前關閉所有的段，改變好了位選后，再打開段即可；第二個方法是關閉數碼管的位，賦值過程都做好后，再重新打開即可。 關閉段：在switch(i)這句程序之前，加一句P0=0xFF;這樣就把數碼管所有的段都關閉了，當把“ADDR”的值全部完成后，再給P0賦對應的值即可。 關閉位：在switch(i)這句程序之前，加上一句ENLED=1；等到把ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0];這幾條刷新程序全部寫完后，再加上一句ENLED=0；然后再進行break操作即可。 這個地方邏輯思路上稍微有點復雜，但是一定要理解深刻，徹底弄明白，把這個瞬間的問題弄明白了，后邊很多牽扯到此類情況的問題，就可以一通百通。 上邊的數碼管程序還有第二個問題，數碼管上的數字每一秒變化一次，變化的時候，不參加變化的數碼管可能出現一次抖動，這個抖動沒有什么專業的名字，稱之為數碼管抖動吧。這種數碼管抖動是什么原因造成的呢？為何在數據改變的時候才抖動呢？ 來分析一下程序，程序在定時到1秒的時候，執行了“秒數+1并轉換為數碼管顯示字符”這個操作，一個32位整型數的除法運算，實際上是比較耗費時間的，至于這一段程序究竟耗費了多少時間，可以通過前邊講的調試方法來看看這段程序運行用了多少時間。由于每次定時到1秒的時候，程序都多運行了這么一段，導致了某個數碼管的點亮時間比其他情況下要長一些，總時間就變成了1ms+本段程序運行時間，于此同時，其它的數碼管就熄滅了5ms+本段程序運行時間，如果這段程序運行時間非常短，可以忽略不計，但很明顯，現在這段程序運行時間已經比較長了，以致于嚴重影響到視覺效果了，所以要采取另外一種思路去解決這個問題。 | 
