LED數(shù)碼管

LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封在在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，LED數(shù)碼管根據(jù)LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。右圖是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。LED數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場(chǎng)合。

一、LED數(shù)碼管的外觀以及驅(qū)動(dòng)方式

LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。

A、靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：
靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O埠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位***解碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O埠多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O埠來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的 I/O埠才32個(gè)呢。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加解碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。
B、動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：
數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。
透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O埠，而且功耗更低。

二、LED數(shù)碼管常用幾種接法

（1）7段1位10腳位的LED數(shù)碼管內(nèi)部接線圖

（2）7段2位10腳位的LED數(shù)碼管內(nèi)部接線圖（共陰極接法）

（3）7段2位18腳位的LED數(shù)碼管內(nèi)部接線圖（共陽內(nèi)部引腳圖）

（4）7段4位LED數(shù)碼管內(nèi)部接線圖

（5）7段4位12腳位的LED數(shù)碼管內(nèi)部接線圖（共陽極內(nèi)部引腳圖 注：這與帶冒號(hào)的時(shí)鐘LED的接法是不一樣的）

（6）8×8點(diǎn)17.5 mm (0.69 英寸)共陰單色LED點(diǎn)陣模塊內(nèi)部引腳圖

（7）8×8點(diǎn)47.8 mm (1.88 英寸) 共陰三基色LED點(diǎn)陣模塊內(nèi)部引腳圖

三、恒流驅(qū)動(dòng)與非恒流驅(qū)動(dòng)對(duì)LED數(shù)碼管的影響和區(qū)別

1、顯示效果：
由于LED基本上屬于電流敏感元件，其正向壓降的分散性很大，并且還與溫度有關(guān)，為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當(dāng)溫度變化時(shí)驅(qū)動(dòng)晶片還要能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流的大小以實(shí)現(xiàn)色差平衡溫度補(bǔ)償。
2、安全性：
即使是短時(shí)間的電流超載也可能對(duì)發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流驅(qū)動(dòng)電路后可防止由于電流故障所引起的數(shù)碼管的大面積損壞。
另外，我們所采用的超大型積體電路還具有級(jí)聯(lián)延時(shí)開關(guān)特性，可防止反向尖峰電壓對(duì)發(fā)光二極體的損害。超大型積體電路還具有熱保護(hù)功能，當(dāng)任何一片的溫度超過一定值時(shí)可自動(dòng)關(guān)斷，并且可在控制室內(nèi)看到故障顯示。

四、為什么數(shù)碼管亮度不均勻？

有兩個(gè)大的因素影響到亮度一致性。一是使用原材料晶片的選取，一是使用數(shù)碼管時(shí)采取的控制方式。
1、原材料--LED晶粒的VF和亮度和波長(zhǎng)是一個(gè)正態(tài)分布，
即使篩選過LED晶粒，VF和亮度和波長(zhǎng)已在一個(gè)很小的范圍了，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品還是在一個(gè)范圍內(nèi)，結(jié)果就是亮度不一致。
2、要保證LED數(shù)碼管亮度一樣，在控制方式選取上也有差別
最好的辦法是恒流控制，流過每一個(gè)發(fā)光二極體的電流都是相同的，這樣發(fā)光二極體看起來亮度就是一樣的了。如恒壓控制，則導(dǎo)致VF不相同的發(fā)光二極體分到的電流不相同，所以亮度也不同。當(dāng)然這兩個(gè)條件是相輔相成的。
怎樣測(cè)量數(shù)碼管引腳，分共陰和共陽?
找公共共陰和公共共陽，首先，我們找個(gè)電源（3到5伏）和不同規(guī)格的電阻，VCC串接個(gè)電阻后和GND接在任意2個(gè)腳上，組合有很多，但總有一個(gè)LED會(huì)發(fā)光的找到一個(gè)就夠了，然后用GND不動(dòng)，VCC（串電阻）逐個(gè)碰剩下的腳，如果有多個(gè)LED（一般是8個(gè)），那它就是共陰的了。相反用VCC不動(dòng)，GND 逐個(gè)碰剩下的腳，如果有多個(gè)LED（一般是8個(gè)），那它就是共陽的。也可以直接用數(shù)位萬用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負(fù)極。