【ESP32+MicroPython】单位数码管使用

在本教程中，我们将使用ESP32和MicroPython来驱动一个带小数点的单位数码管（7段显示器）。将详细讲解数码管的工作原理，并分步骤完成从基本的段位控制到完整的数字显示，最后封装成可重用的控制类。同时，本文将提供如何判断数码管是共阳极还是共阴极的方法，并为不同类型的数码管提供兼容代码。

数码管基础知识

数码管结构及显示原理

数码管通常包含7个段位（A-G）和一个小数点（DP）。不同的段位可以组合显示0-9的数字，或显示部分字母。数码管的两个主要分类是共阳极和共阴极：

共阳极数码管：数码管的阳极引脚连接到电源，单个段位点亮时接地。
共阴极数码管：数码管的阴极引脚接地，单个段位点亮时接电源。

判断数码管的类型

我们可以通过简单测试来判断数码管的类型。以下步骤有助于辨别：

准备电源：取一个3.3V或5V的电源。
连接任意段位引脚：将数码管的任一段位引脚连接到电源的正极。
测试公共引脚：依次将公共引脚（标记为COM或“+”“-”）接到电源的负极，观察数码管是否亮起。
- 若数码管亮起，则该数码管为共阳极。
- 若数码管未亮，再将公共引脚接到电源的正极，若此时数码管亮起，则该数码管为共阴极。

硬件连接

在测试完成后，我们将数码管连接到ESP32上。以下是连接方案示例：

公共引脚的接法取决于数码管的类型：

共阳极数码管：公共引脚连接到电源（VCC，3.3V或5V）。这种类型的数码管需要通过给各段位的引脚提供低电平（即接地）来点亮段位。
共阴极数码管：公共引脚连接到地（GND）。这种类型的数码管需要通过给各段位的引脚提供高电平（即接电源）来点亮段位。

假设以下引脚分配：

A - GPIO 15
B - GPIO 2
C - GPIO 4
D - GPIO 16
E - GPIO 17
F - GPIO 5
G - GPIO 18
DP（小数点） - GPIO 19

数码管显示逻辑

数码管每个数字所需的段位亮灭状态如下表：

数字	A	B	C	D	E	F	G
0	1	1	1	1	1	1	0
1	0	1	1	0	0	0	0
2	1	1	0	1	1	0	1
3	1	1	1	1	0	0	1
4	0	1	1	0	0	1	1
5	1	0	1	1	0	1	1
6	1	0	1	1	1	1	1
7	1	1	1	0	0	0	0
8	1	1	1	1	1	1	1
9	1	1	1	1	0	1	1

在代码中将使用该段位状态表来控制数码管显示。

MicroPython代码实现

初始化GPIO引脚

首先，为ESP32上连接的每个段位定义一个GPIO引脚，并初始化为输出模式。

python">from machine import Pin
import time# 定义数码管段位引脚（A-G 和 DP分别连接GPIO引脚）
pins = {'A': Pin(15, Pin.OUT),'B': Pin(2, Pin.OUT),'C': Pin(4, Pin.OUT),'D': Pin(16, Pin.OUT),'E': Pin(17, Pin.OUT),'F': Pin(5, Pin.OUT),'G': Pin(18, Pin.OUT),'DP': Pin(19, Pin.OUT)  # 小数点引脚
}# 判断数码管类型
is_common_anode = True  # 设置为 True 表示共阳极，False 表示共阴极

数字显示字典

根据数码管类型，调整段位的高低电平。例如，共阳极数码管需要低电平点亮，而共阴极数码管需要高电平点亮。

python"># 数字的段位组合，1 表示点亮，0 表示熄灭
segments = {'0': [1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0],'1': [0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0],'2': [1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0],'3': [1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0],'4': [0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0],'5': [1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0],'6': [1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0],'7': [1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0],'8': [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0],'9': [1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0]
}# 根据数码管类型调整段位的电平状态
def get_segment_state(state):return not state if is_common_anode else state

定义显示函数

编写一个函数，接受一个数字字符，根据数码管类型设置各段位的电平状态。

python">def display_digit(digit, dp=False):"""显示一个数字，并控制小数点"""if digit not in segments:print("无效数字")returnsegment_states = segments[digit]# 设置每个段位的状态for i, (seg, pin) in enumerate(pins.items()):state = segment_states[i] if i < 7 else dp  # dp 为小数点控制pin.value(get_segment_state(state))

测试显示功能

依次循环显示0-9，并带小数点。

python">while True:for digit in '0123456789':display_digit(digit, dp=True)  # 小数点显示time.sleep(1)display_digit(digit, dp=False) # 小数点熄灭time.sleep(0.5)

面向对象封装

将数码管显示功能封装为一个类，使其更具可复用性。

python">class SevenSegmentDisplay:def __init__(self, pin_map, is_common_anode=True):self.segments = {key: Pin(pin, Pin.OUT) for key, pin in pin_map.items()}self.is_common_anode = is_common_anodeself.numbers = {'0': [1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0],'1': [0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0],'2': [1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0],'3': [1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0],'4': [0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0],'5': [1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0],'6': [1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0],'7': [1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0],'8': [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0],'9': [1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0]}def display(self, digit, dp=False):if digit not in self.numbers:print("Invalid digit")returnfor i, (seg, pin) in enumerate(self.segments.items()):state = self.numbers[digit][i] if i < 7 else dppin.value(not state if self.is_common_anode else state)

使用方式：

python">display = SevenSegmentDisplay(pins, is_common_anode=True)
while True:for digit in '0123456789':display.display(digit, dp=True)time.sleep(1)

总结

通过本教程，我们深入学习了单位数码管的控制原理，掌握了使用ESP32和MicroPython驱动数码管的完整流程。从判断数码管类型到封装类实现数码管显示，这一系列操作将为你提供坚实的硬件控制基础。