6.4数码管的动态显示
6.4.1 动态显示的基本原理
学习数码管静态显示的时候提到，74HC138只能在同一时刻导通一个三极管，而数码管是靠了6个三极管来控制，那如何来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，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（也叫余辉效应），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2个数码管，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，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”，只要刷新率大于100Hz，即刷新时间小于10ms，就可以做到无闪烁，这也就是动态扫描的硬性指标。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的意义了，因为已经无闪烁了，再快也还是无闪烁，只是徒然增加CPU的负荷而已（因为1秒内要执行更多次的扫描程序）。所以，通常设计程序的时候，都是取一个接近10ms，又比较规整的值就行了。Kingst51开发板上有6个数码管，现在就来着手写一个数码管动态扫描的程序，实现兼验证动态显示原理。
目标还是实现秒表功能，只不过这次有6个位了，最大可以计到999999秒。现在要实现的这个程序相对于前几章的例程来说就要复杂的多了，既要处理秒表计数，又要处理动态扫描。在编写这类稍复杂的程序时，建议初学者们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，然后再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，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，看是不是能帮助你更顺畅的理清程序流程。
图6-1 数码管动态显示秒表程序流程图
#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] = { //数码管显示缓冲区，初值0xFF确保启动时都不亮
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};
void main()
{
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 (TF0 == 1) //判断T0是否溢出
{
TF0 = 0; //T0溢出后，清零中断标志
TH0 = 0xFC; //并重新赋初值
TL0 = 0x67;
cnt++; //计数值自加1
if (cnt >= 1000) //判断T0溢出是否达到1000次
{
cnt = 0; //达到1000次后计数值清零
sec++; //秒计数自加1
//以下代码将sec按十进制位从低到高依次提取并转为数码管显示字符
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/100000%10];
}
//以下代码完成数码管动态扫描刷新
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]; }
}
}
}
这段程序可以先抄到Keil中，结合程序流程图理解，最终下载到实验板上看一下运行结果。其中if...else语句就是每1ms快速的刷新一个数码管，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个数码管同时亮起来了。
在C语言中，“/”等同于数学里的除法运算，而“%”等同于小学数学的求余数运算，这个前边已有介绍。如果是123456这个数字，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，十位数字就是先除以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，如果用switch会有更好的效果，来看一下用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] = { //数码管显示缓冲区，初值0xFF确保启动时都不亮
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};
void main()
{
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 (TF0 == 1) //判断T0是否溢出
{
TF0 = 0; //T0溢出后，清零中断标志
TH0 = 0xFC; //并重新赋初值
TL0 = 0x67;
cnt++; //计数值自加1
if (cnt >= 1000) //判断T0溢出是否达到1000次
{
cnt = 0; //达到1000次后计数值清零
sec++; //秒计数自加1
//以下代码将sec按十进制位从低到高依次提取并转为数码管显示字符
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/100000%10];
}
//以下代码完成数码管动态扫描刷新
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样的，但switch语句是不是比if...else语句显得要整齐清爽呢。
6.4.2数码管显示消隐不知道读者是否发现了，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，仔细看的话数码管的不应该亮的段，似乎有微微的发亮，这种现象叫做“鬼影”，这个“鬼影”严重影响了视觉效果，该如何解决呢？ 在今后可能会遇到各种各样的实际问题，可能很多都是教材没有讲过的，遇到问题怎么办呢？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，一般都会在网上发表各种帖子，各种讨论，所以遇到问题，首先就应该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：“数码管消隐”或者“数码管鬼影解决”，多找相关关键词搜索试试，会搜索也是一种能力。而且随着技术发展，各种AI大模型也越来越强大，也可以直接咨询AI大模型。 解决这类问题的方法有两个，其中之一是延时，延时之后肉眼就可能看不到这个“鬼影”了。但是延时是一个非常拙劣的手段，且不说延时多久能看不到“鬼影”，延时后，数码管亮度会普遍降低。解决问题，不能只知其然，还要知其所以然，那么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。举个简单例子，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case 5也就是最高位数码管对应的值是0，要切换成的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语言程序是一句一句顺序往下执行的，每一条语句的执行都会占用一定的时间，即使这个时间非常非常短暂，从case5到case0，要改变2条语句。当把“ADDR0=1”改变成“ADDR0=0”的时候，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，就给case 4对应的数码管DS5瞬间赋值了0。当全部写完了ADDR0=0; ADDR1=0; ADDR2=0;后，这个时候，P0还没有正式赋值，而P0此刻保持了前一次的值，也就是在这个瞬间，又给case 0对应的数码管DS1赋值了一个0。直到把case 0后边的语句全部完成后，刷新才正式完成。在这个刷新过程中，有2个瞬间给错误的数码管赋了值，虽然很弱（因为亮的时间很短），但是还是能够发现。 搞明白了原理后，解决起来就不是困难的事情了，只要避开这个瞬间错误就可以了。不产生瞬间错误的方法是，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所有的段，改变好了位选后，再打开段即可；第二个方法是关闭数码管的位，赋值过程都做好后，再重新打开即可。 关闭段：在switch(i)这句程序之前，加一句P0=0xFF;这样就把数码管所有的段都关闭了，当把“ADDR”的值全部完成后，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；等到把ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=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，但是一定要理解深刻，彻底弄明白，把这个瞬间的问题弄明白了，后边很多牵扯到此类情况的问题，就可以一通百通。 上边的数码管程序还有第二个问题，数码管上的数字每一秒变化一次，变化的时候，不参加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，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？ 来分析一下程序，程序在定时到1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位整型数的除法运算，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，可以通过前边讲的调试方法来看看这段程序运行用了多少时间。由于每次定时到1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下要长一些，总时间就变成了1ms+本段程序运行时间，于此同时，其它的数码管就熄灭了5ms+本段程序运行时间，如果这段程序运行时间非常短，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，所以要采取另外一种思路去解决这个问题。 | 
