任务3.2 2位LED数码管显示器构成的秒表
任务目标
使用Arduino的数字IO0~IO6引脚驱动共阴极数码管，IO7、IO8分别控制两位数码管的公共端，使两位数码管按秒间隔显示00~99，仿真硬件电路如图3-17所示。
［任务重点］
● 双联数码管元器件选择
● 结构流程图绘制
● 双联数码管动态显示
● 编译并运行、观察仿真结果
图3-17 仿真硬件电路
任务实施
3.2.1 硬件绘制
1）7SEG-MPX2-CC元器件选择
打开“选取元器件”对话框，在“分类”列表中选择“Optoelectronics”选项，在“子类”列表中选择“7-Segment Displays”选项，在“显示本地结果”列表中双击“7SEG-MPX2-CC”选项，完成7SEG-MPX2-CC元器件选择，如图3-18所示。
图3-18 7SEG-MPX2-CC元器件选择
2）按照已掌握的知识，绘制如图3-17所示电路。
3.2.2 SETUP结构流程图绘制
SETUP结构流程图通过一个循环结构完成IO0~IO8引脚输出模式的设置，如图3-19所示。
图3-19 SETUP结构流程图
1）将“循环构建”图框拖动到SETUP结构流程图中，双击弹出“编辑循环”对话框。在“下一个循环”选项卡进行设置，具体如图3-20所示。其中，在“循环变量”下拉列表中选择循环变量“j”（用j变量控制循环次数），设置“开始值”为0，“停止值”为8，“单步值”为1。
图3-20 “编辑循环”对话框
2）单击“确定”按钮，进一步完善SETUP结构流程图。
3.2.3 display结构流程图绘制
这里沿用任务3.1中的display结构流程图，同时沿用任务3.1中的display3~display9结构流程图图。具体结构流程图如图3-21所示。
1）新建空白图纸。
2）分别将任务3.1中的display结构流程图、display3~display9结构流程图复制到空白的图纸上。
3.2.4 display1和display2结构流程图绘制
display1结构流程图使在左边的数码管上显示00~99秒值的十位数字，其中，调用display结构流程图使硬件图中IO0~IO6引脚输出高电平或低电平，同时使硬件图中的IO7引脚输出为低电平（左边数码管亮）、IO8引脚输出为高电平（右边数码管灭），显示时间1ms；display2结构流程图使在右边的数码管上显示00~99秒值的个位数字，其中，调用display结构流程图使IO0~IO6引脚输出高电平或低电平，同时IO7引脚输出为高电平（左边数码管灭）、IO8引脚输出为低电平（右边数码管亮），显示时间1ms。display1和display2结构流程图如图3-22所示。
图3-21 结构流程图 a）display结构流程图
图3-21 结构流程图（续）b）display3～display7 结构流程图
图3-21 结构流程图（续）c）display8、display9 结构流程图
图3-22 display1和display2结构流程图
3.2.5 LOOP结构流程图绘制
LOOP结构流程图完成从左往右数码管动态显示秒值的功能，每一个数值显示的时间为1s，每一位数码管点亮显示数字时要延时1ms，否则会显示乱码或亮度不够，两位数码管分别点亮一次共需2ms，通过程序中定义的num5变量控制使两位数码管从左往右分别动态显示500次，得到1s的时间间隔；显示的数值由num1变量控制，num1变量的值从00变到99。按照这一技术要求绘制LOOP结构流程图，如图3-23所示。
图3-23 LOOP结构流程图
3.2.6 仿真运行
单击“仿真运行”按钮，观察仿真结果。
相关知识
3.2.7 LED数码管动态显示原理
LED数码管动态显示就是在显示时，单片机控制电路连续不断刷新输出显示数据，使各数码管轮流点亮。由于人眼的视觉暂留特性，使人眼观察到数码管的显示是稳定的。对动态扫描的频率有一定的要求，如果频率太低，LED数码管将出现闪烁现象；频率太高，由于每个LED数码管点亮的时间太短，数码管的亮度太低，无法看清。所以显示时间一般取几毫秒为宜，本任务中每位数码管的显示时间是1ms。数码管动态显示是微机应用系统中最常用的显示方式之一，它具有线路简单，成本低的特点。
3.2.8 LED数码管动态显示接口
数码管动态显示的电路有很多，在本任务的电路中，由于采用的是双联数码管，内部已经将两只数码管的相同笔画段引脚（a~dp）连接在了一起，外部只需再分别接到单片机的IO0~IO6上（dp小数点引脚没连），用IO7、IO8分别对数码管的公共端引脚实现控制，使每只数码管可以单独显示。由于数码管的公共端电流较大，在实际系统中，可以外接74LS04或74LS06（OC门）反相器，在反相器输出引脚为低电平时吸收共阴极数码管公共端电流，驱动共阴极数码管和点亮数码管并保证数码管的亮度，同时，数码管的笔画段引脚外接330Ω或470Ω的限流电阻。共阴极LED数码管驱动硬件电路如图3-24所示。
3.2 仿真动画
图3-24 共阴极LED数码管驱动硬件电路
3.2.9 循环结构流程图
用“循环构建”图框完成绘制循环结构流程图。拖动“循环构建”图框到流程图中，双击弹出“编辑循环”对话框，如图3-25所示，在“下一个循环”（在程序代码中称for循环）选项卡或“While-Wend循环”（在程序代码中称while循环）选项卡中或“Repeat-Until循环”（在程序代码中称do-while循环）选项卡中设置完成循环结构的绘制。使用“下一个循环”图框完成SETUP结构和LOOP结构中的循环结构绘制。
1）选择“While-Wend循环”选项卡，在“while循环”文本框中输入循环条件“num5＜500”，单击“确定”按钮，完成While-Wend循环结构如图3-26所示。
小提示：变量num5的初始值是0，并且每循环一次，在循环体内循环控制变量num5的值要进行增加或减少。
图3-25 “编辑循环”对话框
图3-26 While-Wend循环结构
2）选择“Repeat-Until循环”选项卡，在“until循环”文本框中输入循环条件“num5>500”，如图3-27所示，单击“确定”按钮，完成Repeat-Until循环结构，如图3-28所示。
图3-27 Repeat-Until循环结构编辑界面
图3-28 Repeat-Until循环结构
该循环的条件是变量num5≤500，一旦num5>500就结束循环。在循环体中，循环控制变量num5的值要进行增加或减少。
While-Wend结构和Repeat-Until结构的区别是While-Wend结构先判断循环条件是否成立，若成立执行循环体，直到循环条件不成立时为止；Repeat-Until结构是先执行循环体，再判断条件，若不成立再回去执行循环体，直到循环条件成立时为止。
任务拓展
1）用While-Wend结构和Repeat-Until结构改造任务程序，仿真观察结果。
2）将任务中数码管换成共阳极数码管，完成任务功能，设计硬件电路和绘制结构流程图，仿真观察结果。