ESP32 for Arduino 学习笔记：数码管驱动与应用

一、数码管基础认知

1.1 结构与分类

数码管是由多个LED（发光二极管）组成的数字显示器件，核心结构为7个LED构成的“8”字形状（对应a-g段），加上小数点dp段，共8个显示单元。

• 共阴数码管：公共引脚接阴极（GND），给对应段阳极高电平（1）时该段亮。
• 共阳数码管：公共引脚接阳极（VCC），给对应段阴极低电平（0）时该段亮。

提示：本次学习以共阴数码管为例，电路和代码逻辑均基于此类型设计。

1.2 显示原理（共阴为例）

通过控制不同段的亮灭组合显示数字，“1”表示亮，“0”表示灭，具体对应关系如下：

显示内容	a段	b段	c段	d段	e段	f段	g段	dp段
0	1	1	1	1			0	0
1	0			0		0
2	1		0	1	1		1
3			1		0
4	0			0		1
5	1	0		1
6					1
7		1		0
8				1	1	1
9					0
小数点	0					0		1

二、电路搭建（连接Arduino引脚 + 一位共阴数码管）

2.1 硬件清单

• 连接Arduino引脚开发板（替代ESP32）
• 一位共阴数码管（含a-g、dp段引脚）
• 200Ω电阻（8个，用于限流保护LED）
• 面包板及杜邦线若干

2.2 接线方式

数码管段	连接Arduino引脚	备注（串联电阻）
a段	GPIO 2	电阻一端接VCC，另一端接数码管a段
b段	GPIO 3	同上
c段	GPIO 4
d段	GPIO 5
e段	GPIO 6
f段	GPIO 7
g段	GPIO 8
dp段	GPIO 9
公共阴极	GND	直接接Arduino的GND

注意：若使用共阳数码管，公共阳极需接VCC，且代码中电平逻辑需反向（1→0，0→1）。

三、基础代码实现（显示数字0和7）

3.1 代码示例（含详细注释）

// 定义数码管段对应的ESP32引脚（与电路接线对应）
#define a 2   // a段接GPIO 2
#define b 3   // b段接GPIO 3
#define c 4   // c段接GPIO 4
#define d 5   // d段接GPIO 5
#define e 6   // e段接GPIO 6
#define f 7   // f段接GPIO 7
#define g 8   // g段接GPIO 8
#define dp 9  // 小数点接GPIO 9

void setup() {
  // 初始化串口通信（波特率9600，用于调试输出）
  Serial.begin(9600);
  
  // 将控制数码管的引脚设置为输出模式
  pinMode(a, OUTPUT);
  pinMode(b, OUTPUT);
  pinMode(c, OUTPUT);
  pinMode(d, OUTPUT);
  pinMode(e, OUTPUT);
  pinMode(f, OUTPUT);
  pinMode(g, OUTPUT);
  pinMode(dp, OUTPUT);
  
  // 串口打印初始化信息
  Serial.println("数码管驱动初始化完成！");
}

void loop() {
  // 循环显示0和7，每次显示间隔1秒
  disNum0();    // 显示数字0
  delay(1000);  // 延时1000毫秒（1秒）
  disNum7();    // 显示数字7
  delay(1000);
}

// 显示数字0（共阴逻辑：对应段为1时亮）
void disNum0() {
  digitalWrite(a, 1);  // a段亮
  digitalWrite(b, 1);  // b段亮
  digitalWrite(c, 1);  // c段亮
  digitalWrite(d, 1);  // d段亮
  digitalWrite(e, 1);  // e段亮
  digitalWrite(f, 1);  // f段亮
  digitalWrite(g, 0);  // g段灭
  digitalWrite(dp, 0); // 小数点灭
  Serial.println("显示数字：0");
}

// 显示数字7（共阴逻辑）
void disNum7() {
  digitalWrite(a, 1);  // a段亮
  digitalWrite(b, 1);  // b段亮
  digitalWrite(c, 1);  // c段亮
  digitalWrite(d, 0);  // d段灭
  digitalWrite(e, 0);  // e段灭
  digitalWrite(f, 0);  // f段灭
  digitalWrite(g, 0);  // g段灭
  digitalWrite(dp, 0); // 小数点灭
  Serial.println("显示数字：7");
}

3.2 代码解析

• 引脚定义：通过#define将数码管段与Arduino引脚绑定，方便后期修改接线。
• setup()函数：初始化串口和引脚模式，确保数码管能被Arduino控制。
• loop()函数：循环调用显示函数，实现数字交替显示。
• 显示函数（如disNum0()）：根据共阴数码管的亮灭规则，用digitalWrite控制引脚电平，组合出对应数字。

四、扩展功能实现

4.1 完整数字显示（0-9及小数点）

在基础代码中补充其他数字的显示函数，示例如下：

// 显示数字1
void disNum1() {
  digitalWrite(a, 0); digitalWrite(b, 1); digitalWrite(c, 1);
  digitalWrite(d, 0); digitalWrite(e, 0); digitalWrite(f, 0);
  digitalWrite(g, 0); digitalWrite(dp, 0);
  Serial.println("显示数字：1");
}

// 显示数字2
void disNum2() {
  digitalWrite(a, 1); digitalWrite(b, 1); digitalWrite(c, 0);
  digitalWrite(d, 1); digitalWrite(e, 1); digitalWrite(f, 0);
  digitalWrite(g, 1); digitalWrite(dp, 0);
  Serial.println("显示数字：2");
}

// 其余数字（3-9）的显示函数可参考上述格式，根据表格中的亮灭规则编写
// ...

// 显示小数点
void disNumDian() {
  // 仅点亮小数点，其余段灭
  digitalWrite(a, 0); digitalWrite(b, 0); digitalWrite(c, 0);
  digitalWrite(d, 0); digitalWrite(e, 0); digitalWrite(f, 0);
  digitalWrite(g, 0); digitalWrite(dp, 1);
  Serial.println("显示：.");
}

4.2 9-1倒计时功能

void loop() {
  // 从9到1依次显示，每次停留1秒
  disNum9(); delay(1000);
  disNum8(); delay(1000);
  disNum7(); delay(1000);
  disNum6(); delay(1000);
  disNum5(); delay(1000);
  disNum4(); delay(1000);
  disNum3(); delay(1000);
  disNum2(); delay(1000);
  disNum1(); delay(1000);
}

4.3 显示简单字符（以“L”为例）

“L”的形状需要e、d、c段亮，其余段灭，函数如下：

void disCharL() {
  digitalWrite(a, 0); digitalWrite(b, 0); digitalWrite(c, 1);
  digitalWrite(d, 1); digitalWrite(e, 1); digitalWrite(f, 0);
  digitalWrite(g, 0); digitalWrite(dp, 0);
  Serial.println("显示字符：L");
}

五、学习总结与拓展

5.1 核心知识点

• 数码管通过控制LED段亮灭组合显示数字/字符，分共阴和共阳两种类型。
• ESP32通过GPIO引脚输出高低电平，驱动数码管显示（需注意与数码管类型匹配的电平逻辑）。
• 程序设计需将“数字→段亮灭规则→引脚电平”对应起来，通过函数封装简化代码。

5.2 创意拓展方向

1. 呼吸灯效果：用LEDC模拟输出语句（ESP32支持PWM的引脚）控制数码管亮度渐变。
2. 数字闪烁：在显示函数中加入电平翻转和延时，实现闪烁效果。
3. 多数码管级联：通过增加控制引脚或使用移位寄存器（如74HC595），实现多位数字显示（如时间、温度）。

提示：实际应用中需根据数码管参数（工作电压、电流）调整电阻阻值，避免损坏器件。