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？