数码管,其实是将LED发光二极管,封装到封闭结构当中,由导光窗口组成一段段的电子器件。
在正常通电情况下,想要组成字符或数字,只需要对应的段点亮即可。
数码管字段
如上图所示,一位数码管有8个LED组成,分别是A-B-C-D-E-F-G-DP,八个段,每一个段都有一个引脚控制亮灭,我们叫段选,
而公共端则可以控制一位数码管的亮灭,我们俗称位选,说到这里,我们这就是需要说到数码管的极性,数码管有两种极性:共阴极与共阳极。
共阴极则是led的负极 连接在一起做为位选引脚,,正极作为段选引脚
共阳极则是LED的正极连接在一起做为位选引脚,负极作为段选引脚,如下图所示
共阴极与共阳极
根据电气特性,共阴极数码管,公共端接地,共阳极数码管,公共端接VCC,
在设计开发初期,选型数码管器件时,需要哪些确定参数
第一:需要确定数码管的极性,确定使用共阴极和共阳极还是共阳极。因为不同的极性,硬件电路设计时,会不一样。
第二,数码管发光颜色,与显示位数。数码管参数里面有一项光波长,这项参数也是发光颜色的参数,通常不同发光波长决定颜色状态;同时不同颜色的数码管,正向导通电压也不一样,常见的红色导通电压低,约1.7V左右,蓝色导通电压高,大概参考3V左右.
第三 数码管的尺寸封装,常见数码管尺寸规格为 0.36寸,0.56寸等其他尺寸,,这项决定了在PCB设计中的封装和引脚。
第四 工作电流,在电流参数上,数码管一般是插件器件,建议工作电流10mA即可.电流不要过大,否则会烧坏器件。 数码管工作时候,最好在恒压恒流的工作状态,确保数码管显示亮度稳定
其实正规的数码管厂家,在采购它的产品的时候,会提供对应的datasheet规格书,
关于数码管工作参考电压,工作电流,亮度,外形封装尺寸,引脚定义以及光的波长都会有一个详细描述。而工程师开发设计时,此文件是数码管部分最重要的参考资料
接下来我们就怎么应用这个电子器件呢?
我们以共阳极4位数码管为例,讲解下硬件应用与软件编程思路, 如下图所示
共阳极应用电路
在上图中,因为是共阳极,位选需要接VCC,但考虑到单片机IO口驱动电流不够,又因为共阳极,所以使用NPN三极管驱动位选,使用1K排阻是限流电阻,位选引脚,单片机只需要对应IO输出高电平即使能对应位选,低电平失能对应位选;
如果是共阴极数码管,则是位选直接接单片机,即可,段选使用上来电阻接VCC。
按上图中,在段选IO口,根据实际情况,也可以添加100欧的限流电阻,其保护单片机IO口的作用。
软件编程思路
因每个品牌的数码管组成段选的顺序不一样,不一定是按照A-B-C-D-E-F-G-DP进行排序,再加上单片机IO口的顺序不一定刚好按照P0---P7,所以在单片机程序编写时,首先需要进行编码规则的设定。
所以作为软件开发人员,拿到硬件工程师提供的原理图后,你需要确定编码规则。
假如你需要数码管显示0-9, A-F总共16个数,
则定义一个数组SEG[16],作为编码表,SEG[0]~SEG[9]代表0-9数字。
SEG[10]代表”A”
SEG[11]代表”b”
依次.......
SEG[15]代表”F”
假如现在需要让数码管显示1,则先将编码表数据付给段选IO口, 再讲位选IO对应位输出高电平即可。
接下来说点实际遇到的问题,比如如果你买回来的数码管,没有规格书,不知道引脚对应哪个段了,怎么办呢?
这里有一个简单可行的方法,先用用万用表去量,将万用表调节到【二极管图标】档位
试着去短接数码管任意其中的两只脚轮着试,当其中两个脚的接通时,数码管有某一段被点亮,则其中一个引脚是位选,另一个脚是段选,这种方式,先找到公共端引脚,再在分别确定A-B-C-D-E-F-G-DP,八个段,这个方法真实有效,不过在较大尺寸封装的数码管,因工作电流需求较大,而万用表提供电流不够,用这种方法,是行不通,可以使用数字可调电源,调节到3.3v, 在正极串联一个插件电阻,按照上面万用表的方法进行连接两个不同引脚,进行确认引脚之间的电气关系.注意此种方法有烧数码管的风险,
笔者作为一个设计开发人员,也经常需要维修电路板,之前有在维修到过数码管损坏问题,但因为过孔太小,很容易将过孔焊盘拆脱落,导致PCBA报废
, 所以在进行维修数码管时候,建议使用热风枪,对损坏的数码管脚焊盘的一边加热,当温度达到一定程度,用镊子轻轻撬起损坏的数码管即可
当取出损坏数码管后,此时PCBA温度会较高,建议此时不要移动PCBA,尤其是有贴片元件的PCBA,等到冷却下来后,再进行换新,并检查其他器件是否有脱落
第二点,在设计数码管的PCB封装时,焊盘要尽量大一点,方便拆卸
注意,长时间放置的数码管,因为空气中的氧与水分,引脚很容易氧化,这个时候焊接,很容易虚焊假焊,为了保证品质,请务必保证仓库物料做到防潮防水,先进先出先用原则,减少不良问题的发生
笔者作为一个从业多年的开发工程师,尽自己能力,详细从数码管的原理,参数,到硬件应用,软件开发编码,再到维修进行了连贯的讲解,希望能够对有需要的朋友起到一定的帮助
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