Arduino-Proteus仿真05-分立式数码管循环显示0~9

设计者：STCode（公众号同名）

前言：

Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真及印制电路板设计软件，它可以仿真、分析各种模拟电路和集成电路，其提供了大量模拟与数字元器件及外部设备，以及各种虚拟仪器（如电压表、电流表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器等），特别是它具有对单片机及其外围电路组成的综合系统交互仿真功能，
目前，Proteus仿真系统支持的主流单片机有ARM7（LPC21xx）、8051/52、AVR、PIC 10/12/16/18/24、MSP430、CotexM0/M3、HC11等，其支持的开发环境有Keil u Vision2/3/4、MPLAB、Atmel Studio等。

提示：

Proteus仿真Arduino中，关于所需硬件获取、软件编译、HEX文件获取、代码导入等问题请参考文章：Arduino-Proteus仿真01-LED灯闪烁

1） 描述

数码管可以分为共阳数码管和共阴数码管两种，本例中使用的是共阳数码管，因此将公共端接到Arduino的+5V上。单个数码管中有7颗led，当显示数字“8”的时候将点亮所有7颗led。仿真电路中，单只共阳数码管的名称为 “7SEG-COM-AN-GREEN”,7SEG代表7段，COM-AN代表的是共阳，GREEN表示led颜色为绿色；共阴数码管组件的名称为“7SEG-COM-CAT -GREEN”。

2） 元器件选择

·ATMEGA328P
·7SEG-COM-AN-GREEN
·RX8
·LED-YELLOW
·RES(220O欧姆)

在元件模式中点击P选项，在元件库中搜索所需的元件名称，双击后便可添加到元件清单中。

3） 电路连接

从电路连接图上可以看到，单只数码管的公共端连接到VCC，其余7个引脚，先连接到330欧姆的排阻上，再分别接到Arduino的引脚上，分别连接0~6号IO口。

这里说明一下，单只共阳数码管的段码标号如下图。其中abcdefg分别对应接到了Arduino的0~6，如果想让数码管显示1，只需要将b、c两个led引脚拉低即可，其他位均拉高电平，用2进制表示为11111001，对应的16进制数据为0xF9，

大家可以打开自己电脑的计算器，转换为程序员模式，看看二进制数据与16进制数据的转换。

4） 程序设计

5）	const uint8_t CA_SEGCODE[] = 
6）	    { 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
7）	int i,j;
8）	//用数组指定7段数码管所连接的引脚
9）	int ledPins[] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
10）	
11）	void setup() 
12）	{
13）	for(int i=0;i<8;i++)
14）	pinMode(ledPins[i],OUTPUT);
15）	}
16）	
17）	void loop() 
18）	{
19）	    for(i=0;i<10;i++)
20）	    {
21）	        for(j=0;j<7;j++)
22）	        {
23）	            if((CA_SEGCODE[i] >> j) & 0x01 == 1)
24）	            digitalWrite(ledPins[j],HIGH);
25）	            else 
26）	            digitalWrite(ledPins[j],LOW); 
27）	        }
28）	        delay(1000);
29）	    }
30）	}
31）	

程序说明：

源程序中先定义一个数组，用来存放显示0-9的数据；
之后定义led引脚数组，方便之后对其进行引脚的模式设置和操作对应引脚的电平
if((CA_SEGCODE[i] >> j) & 0x01 == 1)
digitalWrite(ledPins[j],HIGH);
else
digitalWrite(ledPins[j],LOW);
通过数据的移位并与0x01进行与操作，当比较的位的数据为1，则拉高对应的引脚，因此该led不亮，当比较的位的数据为0，则拉低对应引脚的电平，led亮起。

5） 软件操作

程序编写完成后点击Arduino IDE编译器的文件—首选项，将编译选项勾选上。点击好以后进行编译，编译完成后复制HEX文件所在的路径，复制完成后返回Proteus软件，双击Arduino控制板，在Program File处粘贴HEX文件的路径。点击确定以后即可进行仿真，点击Proteus软件下方运行仿真按钮，可以看到仿真的效果。

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目录

一、实验目的

二、实验设备与环境

三、实验重点

四、实验难点

五、实验内容

5.1实验任务

5.2实验原理

5.3实验内容

5.4实验结果

5.5思考题

一、实验目的

        (1)掌握1位数码管模块的功能；

        (2)熟悉4位数码管模块的功能；

        (3)4位数码计时显示功能编程

二、实验设备与环境

        Arduino UNO套件、Arduino IDE、计算机、1位数码管、4位数码管、4个220欧限流电阻、面包板、杜邦线等

三、实验重点

        (1)实验电路连接；(2)编写数码显示控制程序；(3)功能调试

四、实验难点

        (1)数码显示控制程序编写

五、实验内容

5.1实验任务

        任务描述：1位数码显示；4位数码显示；自动计时显示

5.2实验原理

        1.1位数码管

        1位数码管，是由8段发光二极管（LED）封装在一起组成“8”字型加一个小数点数码显示器件，又称为LED数码管，是单片机应用最为广泛的显示器件。

        图中所示数码管有8个显示笔画“a,b,c,d,e,f,g,h”，上下共10个引脚，上、下方中间引脚是公共极。公共引脚是阴极的为共阴数码管，公共引脚是阳极的为共阳数码管。共阴、共阳极数码管从外形上无法判断，可以通过公共极与任一笔画LED引脚外加3V电压点亮二极管判断，或用万用表电阻档测量判断。

        共阳极1位数码管显示数字与对应各段发光LED电平对照表：

        ArduinoUNO R3板与1位数码管的电路接法：

        2.4位 数码管

        数码管根据位数不同，其封装的引脚也各不相同。但其内部都是将单个数码管的段选线a，b，c，d，e，f，g，dp发光二极管对应连接在一起，公共极则相互独立。使用时分别通过控制不同的位选线（即单个数码管的公共极）来控制单个数码管的显示。以人眼难以分辨的速度进行刷新显示，即可达到多个数码管同时显示的效果。

        四位数码管引脚分布如下图所示，其中1，2，3，4表示对应位数码管的公共极。

        四位数码管电路原理图：

        注：1, 2, 3, 4 引脚用于选择处理的数字位（共阴型，低电平有效；共阳极，高电平有效），是这一位数字的公共极。例如，选择数字1，则对1脚送出低电平。

        选好数字后，对abcdefgh各段LED的操作与一位数码管相同。

5.3实验内容

        1.实验电路搭建

        共阳极数码管公共引脚串联一个限流电阻接VCC, abcdefgh各脚顺序接Arduino数字D2-D9接口。

        2.1位数码管显示实验

        步骤1：数码管abcdefgh管脚测试

        1位数码管公共引脚接3.5V电源（或接地），其它引脚分别用杜邦线接地（或接3.5V电源），根据LED段的亮（灭）判断并识别abcdefgh的管序。

        步骤2：1位数码显示控制程序编写：

// 程序控制数码管显示
int digitPin= 2; //管脚D2连接到数码管的A脚
void setup() {
    for(int x=0; x<=7; x++)
    pinMode(digitPin+x, OUTPUT);//设置D2~D9引脚为输出
}
void loop() { 
    for (int x=0; x<16; x++) {
        // 每隔1秒，顺序显示0-9,A-F数字displayDigital(x); 
        //调用    displayDigit()显示数字函数
        delay(1000); //等待1秒
    }
}
//自定义函数，数码管显示数字
void displayDigital(unsigned intdigit) {
    //定义一个二维数组，存储各位数字的abcdefgh取值
    unsigned charabcdefgh[][8] = {
    {0,0,0,0,0,0,1,1},//0
    {1,0,0,1,1,1,1,1},//1
    {0,0,1,0,0,1,0,1},//2
    {0,0,0,0,1,1,0,1},//3
    {1,0,0,1,1,0,0,1},//4
    {0,1,0,0,1,0,0,1},//5
    {0,1,0,0,0,0,0,1},//6
    {0,0,0,1,1,1,1,1},//7
    {0,0,0,0,0,0,1,1},//8
    {0,0,0,1,1,0,0,1},//9
    {0,0,0,1,0,0,0,1},//A
    {1,1,0,0,0,0,0,1},//b
    {0,1,1,0,0,0,1,1},//C
    {1,0,0,0,0,1,0,1},//d
    {0,1,1,0,0,0,0,1},//E
    {0,1,1,1,0,0,0,1}//F};
    if ( digit >= 16 ) return;
    for (unsigned intx=0; x<8; x++){
        digitalWrite( digitPin+ x, abcdefgh[digit][x] );
    }
}
// 数码管每隔一秒显示一个数字从0~9,A~F

        步骤3：数码管显示测试

        3.4位数码显示控制

        步骤1：4位数码管管脚功能测试

        4将位数码管的1、2、3、4公共引脚分别接3.5V电源（或接地），其它引脚分别用杜邦线接地（或接3.5V电源），根据LED段的亮（灭）判断并识别公共引脚控制显示位数字的abcdefgh管序。

        步骤2：连接4位数码管驱动电路

        根据四位数码管引脚顺序，a,b,c,d,e,f,g,h引脚分别连接开Arduino UNO R3板的数字引脚D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9。数码管的4个数字位1，2，3，4引脚分别串联220Ω限流电阻，电阻另一端分别连接开发板的数字引脚D10、D11、D12、D13。

        注意：电路连线较多，检查正确无误后再通电测试，不要搭接错误！

        步骤3：编写4位数码管控制程序

// 4位数码管显示示例程序
int digitalPin= 2; //D2引脚连接数码管a脚，D3连b... D9连h
int weiPin= 10; // 第一位数引脚接口
void setup() {
    for(int x=0; x<4; x++) {
        pinMode(weiPin+x, OUTPUT); //设置各位公共引脚接口为输出
        digitalWrite(weiPin+x, HIGH);//公共引脚高电平，
    }
    for(int x=0; x<8; x++) {
        pinMode(digitalPin+x, OUTPUT); //设置各段led引脚接口为输出
    }
}
void loop() { 
    display(1, 3);//调用函数显示第1位数字3
    display(2, 2);//调用函数显示第2位数字2
    display(3, 1);//调用函数显示第3位数字1
    display(4, 0);//调用函数显示第4位数字0
}
// 定义数码管位显数字函数
void displayDigital(unsigned intdigit) {
    unsigned char abcdefgh[][8] = {//定义一个数组，存储不同数字的abcdefgh各段的取值
    {0,0,0,0,0,0,1,1},//0
    {1,0,0,1,1,1,1,1},//1
    {0,0,1,0,0,1,0,1},//2
    {0,0,0,0,1,1,0,1},//3
    {1,0,0,1,1,0,0,1},//4
    {0,1,0,0,1,0,0,1},//5
    {0,1,0,0,0,0,0,1},//6
    {0,0,0,1,1,1,1,1},//7
    {0,0,0,0,0,0,1,1},//8
    {0,0,0,1,1,0,0,1},//9
    {0,0,0,1,0,0,0,1},//A
    {1,1,0,0,0,0,0,1},//b
    {0,1,1,0,0,0,1,1},//C
    {1,0,0,0,0,1,0,1},//d
    {0,1,1,0,0,0,0,1},//E
    {0,1,1,1,0,0,0,1},//F
    {1,1,1,1,1,1,1,0},//DOT = 16
    {1,1,1,1,1,1,0,1},//MINUS= 17
    {1,1,1,1,1,1,1,1} //BLANK =18}
    if ( digit > 18)return;
    for (unsigned intx=0; x<8; x++)
    digitalWrite( digitalPin+ x, abcdefgh[digit][x] );
}
//指定位显示给定数字函数
void display(unsigned intwei, unsigned intdigit) {
    const intBLANK 18;
    for(int x=0; x<=3; x++) {
        digitalWrite(weiPin + x,LOW);// 数字位引脚置低平
    }
        displayDigital(BLANK); //调用函数关闭所有显示字段
        digitalWrite(weiPin +wei-1 , HIGH);//选择位显引脚，置高电平
        delay(1);
        displayDigital(digit);//调用函数位显数字字段
        delay(1000);//指定位的数字显示时间
}

        步骤4：功能测试更改delay(ms)函数的时间参数，分别为500ms、100ms、10ms、1ms时，观察显示结果有什么不同。

        4.程序扩展任务：根据以上示例，编写程序，实现一个累加计数器或累减计数器。

int digitalPin= 2; 
int weiPin= 10; 
int count = -1;
void setup() {
  for(int x=0; x<4; x++) {
    pinMode(weiPin+x, OUTPUT); 
    digitalWrite(weiPin+x, HIGH);
  }
  for(int x=0; x<8; x++) {
      pinMode(digitalPin+x, OUTPUT);
  }  
}
void loop() {  
  count++;
  if(count<10){
    display(4,count);
     delay(1000);
    }else if(count<100){
      for(int i=0;i<50;i++){
      display(3,count/10);
      delay(10);
      display(4,count%10);
      delay(10);
      }}else if(count<1000){
        for(int i=0;i<50;i++){
      display(2,count/100);
      delay(20/3);   
      display(3,count/10%10);
      delay(20/3);
      display(4,count%10);
      delay(20/3);
      }
   }
}
void displayDigital(unsigned int digit) {
    unsigned char abcdefgh[][8] = {//定义一个数组，存储不同数字的abcdefgh各段的取值
      {0,0,0,0,0,0,1,1},//0
      {1,0,0,1,1,1,1,1},//1
      {0,0,1,0,0,1,0,1},//2
      {0,0,0,0,1,1,0,1},//3
      {1,0,0,1,1,0,0,1},//4
      {0,1,0,0,1,0,0,1},//5
      {0,1,0,0,0,0,0,1},//6
      {0,0,0,1,1,1,1,1},//7
      {0,0,0,0,0,0,0,1},//8
      {0,0,0,1,1,0,0,1},//9
      {0,0,0,1,0,0,0,1},//A
      {1,1,0,0,0,0,0,1},//b
      {0,1,1,0,0,0,1,1},//C
      {1,0,0,0,0,1,0,1},//d
      {0,1,1,0,0,0,0,1},//E
      {0,1,1,1,0,0,0,1},//F
      {1,1,1,1,1,1,1,0},//DOT = 16
      {1,1,1,1,1,1,0,1},//MINUS= 17
      {1,1,1,1,1,1,1,1} //BLANK =18
      };
      if(digit > 18)return;
      for (unsigned int x=0; x<8; x++)
      digitalWrite( digitalPin+ x, abcdefgh[digit][x] );
      }
      //指定位显示给定数字函数
void display(unsigned int wei, unsigned int digit) {
  const int BLANK=18;
  for(int x=0; x<=3; x++) {
    digitalWrite(weiPin + x,LOW);// 数字位引脚置低电平
    }
    displayDigital(BLANK);    //调用函数关闭所有显示字段
    digitalWrite(weiPin +wei-1 , HIGH);//选择位显引脚
    displayDigital(digit);//调用函数位显数字字段
}

5.4实验结果

        结论：本次实验1根据LED段的亮（灭）判断并识别abcdefgh的管序。实验2结果为数码依次显示0 1 2 3。实验3，实现计时器的功能，可以计时。

        反思：首先，通过本次实验，我熟悉了掌握1位数码管模块的功能；熟悉4位数码管模块的功能；4位数码计时显示功能编程和各种函数的应用。其次，本次实验1根据LED段的亮（灭）判断并识别abcdefgh的管序。实验2结果为数码依次显示0 1 2 3。实验3，实现计时器的功能，可以计时。最后在本次实验中也遇到了一些问题，希望以后多学习，更加熟练，再接再厉。

        作品：

5.5思考题

1.如果用一位数码管做一个掷骰子选数字，怎样实现？

2.怎样实现4位数字的同时显示？为什么？

3.如果用4位数码管完成一个分、秒的计时器，怎样在现有示例程序的基础上实现？

——这节，我们要用一位数码管显示0~9

但是在学习前，我们需要了解一些东西：

1.与 的运算

即   两个同时为1 结果才为1，否则为0

2.或 的运算

即 一个1 就是1，否则为0

3

我们接下来先来看一串代码

//显示数字3
int value = 0x4F;
void setup()
{
 for (int i = 2 ; i < 9; i++)
{
 pinMode(i , OUTPUT);
}
}

void loop(){
for (int i = 2 ; i < 9; i++ )
{
 digitalWrite(i,value&0x01);
 value >>= 1;
}
}

分析：

对于 void setup()  :  我们使用一个for循环把d2 到 d8 口全部都打开

！！！！！

对于 void loop()  :  我们对循环体内的说明

value & 0x01 是什么含义？ 首先，value 为 01001111（0x4F，8进制）0x01 为 00000001

我们上面学过&运算 全部都是 1 为1，所以这个运算，我们把他理解为取最低位值的运算

>>为位移运算符，在这就是右移运算符，而  >>= 10100111（1）,把括号内的移掉，然后在左边的空位上补0

所以第一个循环中 i = 2；输出值为1 所以为高电平；

       第二个循环中 i  =3；输出值为1 所以为高电平；

  ....

       第五个循环中 i =6；输出值为0 所以为高电平；

...

       第七个循环中 i =8；输出值为0 所以为高电平；

      所以得到

所以 a b c d g 是亮的，

 所以我们显示的是数字 3，所以我们的代码abcdefg是从右到左的顺序开始的

接下来我们对数字的段码进行分析：

void sendData1( int value)// 数字段码
{
  for( int i = 2 ; i<=9 ; i++)
  {
    digitalWrite(i,value & 0x01);
    value >>= 1;
  }
  delay(500);
}

void setup() {
  for(int i=2 ; i<=9 ; i++)
  {
   pinMode(i,OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  //过去
  sendData1(0x3F);
  sendData1(0x06);
  sendData1(0x5B);
  sendData1(0x4F);
  sendData1(0x66);
  sendData1(0x6D);
  sendData1(0x7D);
  sendData1(0x07);
  sendData1(0x7F);
  sendData1(0x6F);
//回来
  sendData1(0x6F);
  sendData1(0x7F);
  sendData1(0x07);
  sendData1(0x7D);
  sendData1(0x6D);
  sendData1(0x66);
  sendData1(0x4F);
  sendData1(0x5B);
  sendData1(0x06);
  sendData1(0x3F);

}

我们接着来看这段代码，里面有一个非常重要的函数  delay()

!!!  如果没有delay（）会发生什么呢？ 

在这个代码中，我们的数码管 只会显示 0，为什么？  我们把  delay 理解为延时函数，而我的个人理解，就是执行的时长（我们在这以毫秒为单位），如果没有  delay（），我们的函数就会一直执行下去，也就是我的输入的  sendData1（0x3F） ，这样的话，如果一直让他输入，那我们后面的输入就不会出现，所以一直是 0

当我们使用 delay（）后，我们这为0.5秒，也就是我们把    sendData(0x3F)  执行0.5秒，当我们执行完了以后，就会跳到下一个sendData(0x06)；以此类推 这样我们就能实现 数码管从 0~9~0 的一个变换。

但是上述做法采用的依旧是堆叠的手段，我们如何让我们的代码变得更简单一点呢？

因此我们引入了 —— 数组

 我们采取数组，就可以把代码给简单化了