04digital-1

用1位数码管显示数字倒计时

概述

上一篇 我们学习了使用 PWM 来控制 LED 的亮度，这次我们学习使用1位数码管显示个位数字倒计时。

通过本节课，我们能学习到：

• 1位数码管的显示原理

所需硬件

• 树莓派 x1
• 面包板 x1
• 杜邦线 x9
• 1位数码管 x1

名称解释

数码管

数码管也称 LED 数码管，不同行业人士对数码管的称呼不一样，其实都是同样的产品。

数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，也就是多一个小数点（DP）这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容；按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。

按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

1位共阳数码管电路图

我们今天使用的是 5161BS 型号的1位共阳数码管，先看看它的电路原理图：

左图是数码管的每个管子的定义，从最上面的 A 管依次到中间的 G 管，还有小数点的 DP 管。通过组合 A 管到 G 管的不同亮起来和熄灭，就可以显示出数字信息。比如，让ABCDG这5根管亮起来，就能显示数字3了。

左图还包含关于引脚的编号，从正面看过去，让小数点放在右下角，下面从左到右为1到5号引脚 ，上面从右向左是6到10号引脚，这10个引脚的编号很重要，因为需要了解每个引脚的功能定义，才能决定如何通过引脚输入电压信号。

右图是电路原理图，上面一层是3号引脚或者8号引脚，这是公共正极，中间一层是 A 管到 DP 管，也就是数码管的8个管子，下面一层是10个引脚剩余的8个引脚。当中的 A 管到 DP 管，大家可以当作每个管都是一个 LED 灯一样的，有正极和负极，正极输入高电压，负极输入 GND，就可以让数码管的单个管子亮起来。比如3号引脚输入高电压，7号引脚输入低电压 GND，A 管的2端产生电压差，就可以让 A 管亮起来；但是如果7号引脚如果也输入高电压，A 管的2端没有电压差，A 管就会熄灭。

连线图

在开始连接硬件电路之前，首先要做的事是将树莓派电脑关机，并断开电源。因为如果树莓派主板带电的时候，进行插接电路可能会导致电子元器件的烧毁，所以一定要记住：

连接电路的时候主板必须断电。

图片使用 Fritzing 绘制，更多示例图片请到 Fritzing官网 浏览。

电路原理图

示例代码

#!/usr/bin/env python
# encoding: utf-8

'''
该程序实现 9 --> 0 倒计时效果
接线图：
RPi    digital
7  <---> 3
11 <---> 7
13 <---> 6
15 <---> 4
29 <---> 2
31 <---> 1
33 <---> 9
35 <---> 10
37 <---> 5
'''

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# 正极使用的针脚
LED_POWER = 7
# A－G管分别使用的针脚
LED_A = 11
LED_B = 13
LED_C = 15
LED_D = 29
LED_E = 31
LED_F = 33
LED_G = 35
LED_DP = 37

# 重置数码管，熄灭所有数字
def reset():
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.LOW)
  GPIO.output((LED_A, LED_B, LED_C, LED_D, LED_E, LED_F, LED_G, LED_DP), GPIO.HIGH)

# 显示数字0
def show0():
  reset()
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.HIGH)
  GPIO.output((LED_A, LED_B, LED_C, LED_D, LED_E, LED_F), GPIO.LOW)

# 显示数字1
def show1():
  reset()
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.HIGH)
  GPIO.output((LED_B, LED_C), GPIO.LOW)

# 显示数字2
def show2():
  reset()
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.HIGH)
  GPIO.output((LED_A, LED_B, LED_D, LED_E, LED_G), GPIO.LOW)

# 显示数字3
def show3():
  reset()
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.HIGH)
  GPIO.output((LED_A, LED_B, LED_C, LED_D, LED_G), GPIO.LOW)

# 显示数字4
def show4():
  reset()
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.HIGH)
  GPIO.output((LED_B, LED_C, LED_F, LED_G), GPIO.LOW)

# 显示数字5
def show5():
  reset()
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.HIGH)
  GPIO.output((LED_A, LED_C, LED_D, LED_F, LED_G), GPIO.LOW)

# 显示数字6
def show6():
  reset()
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.HIGH)
  GPIO.output((LED_A, LED_C, LED_D, LED_E, LED_F, LED_G), GPIO.LOW)

# 显示数字7
def show7():
  reset()
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.HIGH)
  GPIO.output((LED_A, LED_B, LED_C), GPIO.LOW)

# 显示数字8
def show8():
  reset()
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.HIGH)
  GPIO.output((LED_A, LED_B, LED_C, LED_D, LED_E, LED_F, LED_G), GPIO.LOW)

# 显示数字9
def show9():
  reset()
  GPIO.output(LED_POWER, GPIO.HIGH)
  GPIO.output((LED_A, LED_B, LED_C, LED_D, LED_F, LED_G), GPIO.LOW)

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

# 初始化引脚输出模式
GPIO.setup((LED_POWER, LED_A, LED_B, LED_C, LED_D, LED_E, LED_F, LED_G, LED_DP), GPIO.OUT)

# 倒计时程序
function_directory = locals()
for i in range(0, 10)[::-1]:
  function_directory['show%s'%(i)]()
  time.sleep(1)

GPIO.cleanup()

保存文件为digital-1.py，并运行之。

sudo python digital-1.py

最终效果

相关课程目录

1. 准备工作
2. 点亮LED
3. 呼吸灯
4. 用单位数码管显示数字倒计时
5. 用双位数码管显示CPU温度
6. 控制蜂鸣器发声
7. 用温湿度探头检测室内温度
8. 用光敏传感器检测光线强度
9. 超声波测距
10. 红外遥控器
11. 声控灯
12. 进步电机
13. 用液晶显示器显示文字
14. 继电器
15. 让摄像头工作