从“视觉暂留”看LED数码管动态显示

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摘要：本文从“视觉暂留”入手，阐述了数码管动态显示原理。结合PROTEUS仿真软件，从基本知识、基本理论出发，实现了一位数码管动态闪烁，两位数码管动态显示及多位数码管动态显示的电路设计和软件编程。

关键词：视觉暂留 数码管动态显示 PROTEUS仿真

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0079-02

1 引言

led数码管显示分为静态显示和动态显示。数码管静态显示信息时，每个数码管至少需要8个I/O 口。当需要显示多个不同的数字时，对于8031和8051单片机，I/O 口就不够用，而在实际的单片机系统中，往往需要显示多位不同数字。当将所有位数码管的段选线并联在一起，这样可以节约I/O口资源。但这样如何能显示不同的内容呢？我们可以采用动态显示。动态显示中“视觉暂留”原理是学生理解的难点。怎样将理论知识在实际电路中进行应用并将效果实时呈现，也需要精心设计。本文将以“视觉暂留”为切入点，分析其原理，并分别以一位数码管动态闪烁，两位数码管动态显示及多位数码管动态显示的电路设计和编程实现为例，结合PROTEUS仿真软件，系统阐述LED数码管动态显示。

2 数码管动态显示原理

科学实验证明：人眼在某个视像消失后，仍可使该物像在视网膜上滞留50-200毫秒左右。视觉的这一现象被称为“视觉暂留”。

（图1）中，把段位都并联在一起，节约I/O口，一位一位选中数码管的同时送出段码，从选中第1位到选中最后一位所用的时间如果控制在人眼的视觉暂留范围内，可以连续看到数字好像同时都在显示，这种显示方式为动态显示方式。

动态显示原理：即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，交替显示，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示[1][3]。要理解好动态显示原理必需抓它的三个关键点：一是同时，在选中位的同时送出段码，二是依次，依次选中每一位，三是控制好选中每一位的时间间隔，如果间隔时间过长，就会超出人眼的视觉暂留时间范围，看见闪烁的效果。

3 数码管动态显示在PROTEUS软件中实现

3.1 一位数码管动态闪烁验证“视觉暂留”

按照动态显示方法，在1位共阴极数码管上动态显示8。在PROTEUS中设计原理图，如（图2）所示。

P3.7口控制数码管的位选，用P2口控制数码管的段选，针对设计好的电路图，介绍程序编写。将P3.7口置低电平将位选中，P3=0X7F，并将数字“8”的段码编码送入P2口，P2=table[8][2]，同时间隔90ms，然后将位选关闭，间隔90ms，给出仿真效果，此时看到数字8在亮灭的闪烁。缩短它的间隔时间，将间隔缩短到50ms，同时看仿真结果，这时看到8停止闪烁。这个例子进一步证明人眼的视觉暂留存在，我们在使用时一定要将间隔时间控制好。以上用一位数码管的动态闪烁验证了“视觉暂留”的存在。

3.2 两位数码管动态显示电路及程序设计实现

按照动态显示方法，在两位共阴极数码管上动态显示56。在电路上两位数码管动态显示与一位数码管动态显示有区别。由于增加了一位数码管，首先用P3.7口控制第一位数码管，用P3.6口控制第二位数码管，由于两位数码管的段选并联在一起，因此用P2口控制它们的段选。电路如（图3）所示。

针对此电路给出程序设计.首先选中第一位数码管的位选，同时送出5的编码，间隔90ms，然后选中第二位数码管，送出6的编码，间隔90ms，选中第一位亮5时，第二位数码管灭，选中第二位时第一位灭，再来看仿真结果，5，6被依次点亮，选中5时6灭，选中6时5灭。接着将间隔缩小为50ms，发现5，6同时亮。在进行两位数码管动态显示实现过程中，选中一位时，同时送出段码，间隔一段时间后选中第二位，送出段码，只要控制好间隔，让总的扫描时间控制在人眼的视觉暂留范围之内[5]，我们就可以实现不同数字好像都同时在显示的效果。

3.3 五位数码管动态显示电路及程序设计实现

按照动态显示方法，在五位共阴极数码管上动态显示56789。由于需要五位数码管，因此增加P3.5，P3.4，P3.3， 三位位选线，将段码并联在一起，用P2口控制其段选。电路如（图4）所示。

在程序设计中，依次送出位选，段码，间隔。给出间隔90ms的仿真效果，看到5，6，7，8，9依次选中，缩短间隔，改为10ms，看到56789同时显示。

通过仿真电路，对比，学生掌握了数码管动态显示的原理，特点，电路设计并会用C语言编程实现。

4 结语

本设计从基本知识、基本理论、基本方法层层推进，阐述了LED数码管动态显示的原理，并结合PROTEUS仿真软件介绍了LED数码管动态显示电路设计过程及软件编程。

参考文献

[1]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.62-65页.

[2]谭浩强.C语言程序设计（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2000.

[3]何立民.单片机高级教程.第1版.北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[4]于肃.数码管的动态显示技术[J].计量技术，1997.8.

[5]赵战民.数码管显示方法的比较[J]，科技信息，2007年第3期.