单片机中最常用的字形显示装置就是数码管了，前文已经介绍过数码管的原理和使用方法，本章就不重复介绍了。

在实际应用中，往往需要用单片机控制多个数码管，如2个、4个、6个等。如果按照以前的方法，每个数码管占用8个I/O口，那么一片PIC16F877最多可以接4个数码管。这种数码管显示的方法称为静态显示法。这种方法的优点是控制简单，但缺点也很明显：这样做的话就已经没有空余的I/O口留做它用，如果想控制5个、8个数码管怎么办呢？

由于静态显示占用的I/O口线较多，单片机资源的开销很大，所以为了节省单片机的I/O口线，常采用动态扫描方式作为LED数码管的接口电路，如图5-4所示。

图5-4 数码管动态扫描原理示意图

在图5-4中，DS1和DS2是两个数码管，每个数码管由8个发光二极管构成，并排列成8字形和一个小数点。数码管的内部电路是把所有发光二极管的8个笔划段a-g和DP同名端连在一起，而每一个数码管的公共极COM端（对于共阳极数码管是A端，对于共阴极数码管是K端）与各自独立的I/O口连接。这样两个数码管用10个I/O口就可以控制了。采用这种思想，控制4个数码管只需要12个I/O口，远远少于静态控制需要的32个I/O口。下面介绍其动态扫描显示原理。

当单片机向字段输出口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管亮，则取决于COM端，而这一端也是由I/O口间接控制的，这样通过适当的I/O控制就可以决定何时点亮哪个数码管。而所谓动态扫描就是指采用分时的方法，一位一位地轮流控制各个数码管的COM端，使各个数码管每隔一段时间点亮一次。在轮流点亮的扫描过程中，每位数码管的点亮时间是极为短暂的（约10ms），由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，所以给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。下面通过例子演示动态扫描的效果。

【例5-4】电路如图5-5所示。用PIC单片机控制一款4位共阳极数码管模块。编程实现让4个数码管显示数字2913。单片机主频为4MHz。

图5-5 ISIS中的4位数码管扫描显示原理图

电路图在光盘位置：“\Example\Chapter5\S052\sch\smg4.DSN”。注意：本书中所有涉及到4位数码管显示的电路图都使用了Proteus ISIS自带的4位数码管模块，此模块省略了数码管驱动电路，但搭建硬件实物时不应省略。

题意分析

●根据电路图5-5可知，在同一时刻4位数码管不可能显示不同内容，但实际上由于人眼存在视觉暂留现象，若一个显示设备的刷新率大于25Hz，人眼看上去就是连续的动作。这样可以根据人眼的视觉暂留现象来设计此程序。

●若要求4位数码管显示的刷新率大于25Hz，就是要求在40ms（10000ms/25）内每个数码管都显示一次数据，这样平均每个数码管显示数据的时间约为10ms。

●经过以上分析，控制程序可以先只让RC0控制的数码管亮，显示2并延时10ms；接下来只让RC1控制的数码管亮，显示9并延时10ms；接下来只让RC2控制的数码管亮，显示1并延时10ms；接下来只让RC3控制的数码管亮，显示3并延时10ms；然后循环重复以上动作即可。

设计过程

1）新建一个MPLAB项目，加入一个新建的main.c文件，输入以下内容（本项目所有内容参考光盘“\Example\Chapter5\S052”文件夹内容）。

2）在MPLAB中使用调试工具Proteus VSM加载电路图smg4.DSN运行，观察显示内容。上例中的代码把所有函数都写在一个文件里，这不是好习惯。延时函数和数码管扫描代码将会频繁使用，如果能写成库函数的形式会便于这段代码的重复利用。在不同应用中数码管扫描用的端口不一定，所以要抽象出来，用宏定义可以实现。下面通过例子来学习如何把以上代码写成模块化的函数形式。

【例5-5】电路如图5-6所示。编程实现让4个数码管显示数字2913。单片机主频为4MHz。要求把数码管扫描代码和延时函数分别写成不同的模块文件，在main.c中酌情调用。

电路图在光盘位置：“\Example\Chapter5\S053\sch\smg4.DSN”。

图5-6 ISIS中的4位数码管扫描显示原理图

题意分析

●本例中延时函数可以单独写成一个模块。例如，在delay.h中写延时函数的声明，在delay.c中写延时函数定义。但是要考虑到单片机主频不同，导致同一段延时程序所用时间不同的问题。在编写延时函数时需要把单片机的频率考虑进去。如图5-6所示，本例中单片机主频是4MHz。(www.daowen.com)

●数码管动态扫描代码在工程项目中会频繁用到，所以有必要把它用函数改写。为了让此函数具有通用性，也需要把此函数单独写成一个模块。在seg74.h中写动态扫描函数的声明，在seg74.c中编写相应的函数定义。

●对于数码管动态扫描函数建议用见名知意的方式来命名，如称为DisplayData。由于用数码管主要显示数字，所以应该有一个形参用来表示要显示的数值，这里假设只显示整数，并且小于10000（因为只有4位数码管，最大值9999）。这样此函数的声明可以写为

●在数码管动态扫描函数中，为了方便将来硬件连接改变后的代码移植，这里把与硬件相关的特殊寄存器用宏名替换。例如，用SEG_FONT宏定义替换函数代码中的PORTB，数码管所用的硬件连接在seg74.h中定义为

这样将来电路修改，如改为PORTC作为字形码输出用端口，那么只需把B改为C即可。

其他位置都不用变就能继续使用此函数了。

设计过程

1）用MPLAB新建项目S053，语言工具选择为“HI-TECH Universal Toolsuite”，保存在“C：\S053”文件夹下。

2）新建main.c文件并加入项目中，其内容如下所示。

3）新建seg74.h文件并加入项目中，其内容如下所示。

4）新建seg74.c文件并加入项目中，其内容如下所示。

5）新建delay.h文件并加入项目中，其内容如下所示。

6）新建delay.c文件并加入项目中，其内容如下所示。

7）程序录入完毕后，保存并编译。然后用Proteus VSM载入电路图smg4.DSN来运行，运行时注意观察Proteus VSM窗口显示内容。

采用这种软硬件结合的动态扫描方法，用PIC16F877理论上可以驱动24只数码管（1个端口（8个I/O引脚）用做字形显示，其他3个端口用做位选），这比静态控制方法能多控制20只数码管，由此可见软硬件结合的方法的确能够大幅度提高硬件的利用效率。

下面继续介绍用C语言如何实现输入端口的编程和使用。