LED數(shù)碼管的顯示與驅(qū)動課件

6.2MCS-51單片機與顯示器的接口技術(shù)

顯示器用于實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)輸出和狀態(tài)的反饋。單片機系統(tǒng)中常用的顯示器有發(fā)光二極管、七段數(shù)碼顯示器、液晶顯示器等。6.2.1LED顯示器及其接口

發(fā)光二極管簡稱LED（LightEmittingDiode）。LED顯示器從外觀可分為“8”字形的七段數(shù)碼管、米字形數(shù)碼管、點陣塊、矩形平面顯示器、數(shù)字筆劃顯示器等。1．七段LED數(shù)碼顯示器

七段LED數(shù)碼管顯示器能夠顯示十進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)字及某些簡單字符。但控制簡單，使用方便，在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用較多。其結(jié)構(gòu)如下頁圖所示。6.2MCS-51單片機與顯示器的接口技術(shù)1

上圖中的a～g七個筆劃（段）及小數(shù)點dp均為發(fā)光二極管。數(shù)碼管顯示器根據(jù)公共端的連接方式，可以分為共陰極數(shù)碼管（將所有發(fā)光二極管的陰極連在一起）和共陽極數(shù)碼管（將所有發(fā)光二極管的陽極連在一起）。

單片機系統(tǒng)擴展LED數(shù)碼管時多用共陽LED。共陽數(shù)碼管每個段筆畫是用低電平(“0”)點亮的,要求驅(qū)動功率很??；而共陰數(shù)碼管段筆畫是用高電平(“0”)點亮的，要求驅(qū)動功率較大。通常每個段筆畫要串一個數(shù)百歐姆的降壓電阻。上圖中的a～g七個筆劃（段）及小數(shù)點dp均為發(fā)2LED數(shù)碼管的顯示與驅(qū)動課件32．LED點陣模塊顯示器

LED點陣模塊顯示器是指由發(fā)光二極管排成一個m×n的點陣，每個發(fā)光二極管構(gòu)成點陣中的一個點。這種顯示器顯示的字形逼真，能顯示的字符比較多，但控制比較復(fù)雜。適用于顯示漢字、圖形和表格，廣泛應(yīng)用于公共場合的信息發(fā)布。七段LED字形碼如下表所示。2．LED點陣模塊顯示器七段LED字形碼如下表所示。43.LED的驅(qū)動接口

LED工作時需要一定的工作電流，才能正常發(fā)光。單個LED實際上是一個壓降為1.2～1.5V的發(fā)光二極管，流過LED的電流大小決定了它的發(fā)光強度，R為限流電阻。適當(dāng)減小限流電阻可以增加LED的工作電流，使LED的顯示效果更好。但工作電流過大，會對驅(qū)動器件、LED造成損害。通常每個段筆畫要串一個數(shù)百歐姆的降壓電阻。下圖為單個LED的驅(qū)動接口電路。3.LED的驅(qū)動接口54．LED數(shù)碼管的顯示與驅(qū)動

LED數(shù)碼管顯示器的工作方式：靜態(tài)和動態(tài)兩種顯示方式。（1）靜態(tài)顯示方式

靜態(tài)顯示方式的各數(shù)碼管在顯示過程中持續(xù)得到送顯信號，與各數(shù)碼管接口的I/O口線是專用的。其特點是顯示穩(wěn)定，無閃爍，用元器件多，占I/O線多，無須掃描。系統(tǒng)運行過程中，在需要更新顯示內(nèi)容時，CPU才去執(zhí)行顯示更新子程序，節(jié)省CPU時間，提高CPU的工作效率，編程簡單。

[例題]

利用在8051串行口擴展多片串行輸入并行輸出的移位寄存器74LS164作為靜態(tài)顯示器接口的方法，設(shè)計3位靜態(tài)顯示器接口，并寫出顯示更新子程序，實現(xiàn)將7FH～7DH3個單元的數(shù)值分別顯示在3位LED2～LED0上。4．LED數(shù)碼管的顯示與驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示器6解：接口電路如圖下圖所示。3個共陽極數(shù)碼管的公共端均接Vcc，段碼通過串行口，采用串—并轉(zhuǎn)換原理，分別送出3個數(shù)碼管的段碼（先送出的段碼字節(jié)在LED2數(shù)碼管上顯示），圖中的電阻值取100~500。解：接口電路如圖下圖所示。3個共陽極數(shù)碼管的公共端均接Vcc7程序如下：

ORG 1000H DISPSER: MOV R5,#03H ;顯示3個字符 MOV R1,#7FH ;7FH～7DH存放要顯示的數(shù)據(jù)DL0: MOV A,@R1 ;取出要顯示的數(shù)據(jù) MOV DPTR,#STAB ;指向段數(shù)據(jù)表 MOVC A,@A+DPTR ;查表取字形數(shù)據(jù) MOV SBUF,A ;送出數(shù)據(jù)，進(jìn)行顯示 JNB T1,$ ;輸出完否？ CLR T1 ;輸出完，清中斷標(biāo)志 DEC R1 ;再取下一個數(shù)據(jù) DJNZ R5,DL0 ;循環(huán)3次 RET ;返回STAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H;段數(shù)據(jù)表（共陽極） DB· …… …… END 程序如下：8（2）動態(tài)顯示方式

動態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點亮每位顯示器，與各數(shù)碼管接口的I/O口線是共用的。其特點是有閃爍，用元器件少，占I/O線少，必須掃描，花費CPU時間，編程復(fù)雜。

[例題]設(shè)計89S51通過74LS273擴展6位七段共陽極LED顯示器。

解：接口電路如下頁圖所示。在程序中通過P0口將相應(yīng)的字形碼寫入74LS273，P2.0~P2.5作為段碼輸出口，P0口的端口地址為00FFH。進(jìn)行掃描時，P2的低6位依次置1，依次選中了從左至右的顯示器。使用74LS04作為段碼輸出驅(qū)動（反相驅(qū)動），所以共陰極數(shù)碼管在段數(shù)據(jù)表中的字形碼應(yīng)與共陽極數(shù)碼管的字形碼相同。顯示器就可以顯示出6位字符。（2）動態(tài)顯示方式動態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流9

說明:1、單片機WR引腳要與273的CLK連接2、273的CLR引腳要與VCC連接3、DPTR值不一定是7FFFh,用FFH可消除閃爍說明:1、單片機WR引腳要與273的CLK連接106.2.2LCD顯示器及其接口

液晶顯示器簡稱LCD（LiquidCrystalDiodes）是利用液晶經(jīng)過處理后能夠改變光線傳輸方向的特性，達(dá)到顯示字符或者圖形的目的。其特點是體積小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中有著日益廣泛的應(yīng)用。1．LCD的分類及特點分類：筆段式和點陣式（可分為字符型和圖像型）。筆段式LCD顯示器：類似于LED數(shù)碼管顯示器。每個顯示器的段電極包括a,b,c,d,e,f,g七個筆劃（段）和一個背電極BP（或COM）。可以顯示數(shù)字和簡單的字符。

點陣式LCD顯示器：段電極與背電極呈正交帶狀分布，液晶位于正交的帶狀電極間。點陣式LCD的控制一般采用行掃描方式，如圖右所示為顯示字符“A”的情況。6.2.2LCD顯示器及其接口液晶顯示器簡112．筆段式LCD液晶顯示器的驅(qū)動

在LCD的公共極（一路為背電極）加上恒定的交變方波信號，通過控制段極的電壓變化，在LCD兩極間產(chǎn)生所需的零電壓或二倍幅值的交變電壓，以達(dá)到LCD亮、滅的控制。在筆段式LCD的段電極與背電極間施加周期地改變極性的電壓（通常為4V或5V），可使該段呈黑色。3．LCD顯示模塊LCM（LiquidCrystalDisplayModule）

在實際應(yīng)用中，用戶很少直接設(shè)計LCD顯示器驅(qū)動接口，一般是直接使用專用的LCD顯示驅(qū)動器和LCD顯示模塊LCM。LCM是把LCD顯示屏、背景光源、線路板和驅(qū)動集成電路等部件構(gòu)造成一個整體，作為一個獨立部件使用。其特點是功能較強、易于控制、接口簡單，在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用較多。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下頁圖所示。LCM一般帶有內(nèi)部顯示RAM和字符發(fā)生器，只要輸入ASCII碼就可以進(jìn)行顯示。

2．筆段式LCD液晶顯示器的驅(qū)動在LCD的公12LCD顯示器接口原理

1．LCD的基本結(jié)構(gòu)及工作原理圖液晶顯示器基本結(jié)構(gòu)LCD顯示器接口原理 1．LCD的基本結(jié)構(gòu)及工作原理圖液13液晶字符顯示屏液晶圖形點陣顯示屏液晶字符顯示屏14

LCD顯示模塊LCM按顯示功能可分為：LCD段式顯示模塊、LCD字符型顯示模塊、LCD圖形顯示模塊三類。HD44780字符顯示模塊是較常用的LCD顯示模塊，共有14個引腳，其中，8個數(shù)據(jù)引腳，3個控制引腳，3個電源引腳。每個HD44780可控制的字符可達(dá)每行80個，具有驅(qū)動16×40點陣的能力。具有其自身的11條指令構(gòu)成的指令系統(tǒng)，用戶對模塊寫入適當(dāng)?shù)目刂泼?，即可完成清屏、顯示、地址設(shè)置等操作。LCD顯示模塊LCM按顯示功能可分為：LCD段式15各引腳功能定義如下表所示。各引腳功能定義如下表所示。16[例題]

設(shè)計8051單片機驅(qū)動HD44780顯示模塊的接口電路。解：8051單片機與HD44780顯示模塊的線路連接如下圖所示，8051的P1口與HD44780的數(shù)據(jù)線相連，HD44780的端信號由8051的P3.5提供，HD44780的通信允許信號E由8051的P3.3提供，HD44780的寄存器選擇信號RS由8051的P3.4提供。

HD44780初始化的方法主要有以下兩種：（1）利用模塊內(nèi)部的復(fù)位電路進(jìn)行初始化，完成清除顯示、功能設(shè)置、開/關(guān)顯示、設(shè)置光標(biāo)狀態(tài)及閃爍功能、方式設(shè)置。（2）利用軟件編程實現(xiàn)初始化。[例題]設(shè)計8051單片機驅(qū)動HD44780顯示模塊的接口171602液晶顯示模塊接線圖（16字符×2行）1602液晶顯示模塊接線圖（16字符×2行）186.2MCS-51單片機與顯示器的接口技術(shù)

顯示器用于實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)輸出和狀態(tài)的反饋。單片機系統(tǒng)中常用的顯示器有發(fā)光二極管、七段數(shù)碼顯示器、液晶顯示器等。6.2.1LED顯示器及其接口

發(fā)光二極管簡稱LED（LightEmittingDiode）。LED顯示器從外觀可分為“8”字形的七段數(shù)碼管、米字形數(shù)碼管、點陣塊、矩形平面顯示器、數(shù)字筆劃顯示器等。1．七段LED數(shù)碼顯示器

七段LED數(shù)碼管顯示器能夠顯示十進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)字及某些簡單字符。但控制簡單，使用方便，在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用較多。其結(jié)構(gòu)如下頁圖所示。6.2MCS-51單片機與顯示器的接口技術(shù)19

上圖中的a～g七個筆劃（段）及小數(shù)點dp均為發(fā)光二極管。數(shù)碼管顯示器根據(jù)公共端的連接方式，可以分為共陰極數(shù)碼管（將所有發(fā)光二極管的陰極連在一起）和共陽極數(shù)碼管（將所有發(fā)光二極管的陽極連在一起）。

單片機系統(tǒng)擴展LED數(shù)碼管時多用共陽LED。共陽數(shù)碼管每個段筆畫是用低電平(“0”)點亮的,要求驅(qū)動功率很小；而共陰數(shù)碼管段筆畫是用高電平(“0”)點亮的，要求驅(qū)動功率較大。通常每個段筆畫要串一個數(shù)百歐姆的降壓電阻。上圖中的a～g七個筆劃（段）及小數(shù)點dp均為發(fā)20LED數(shù)碼管的顯示與驅(qū)動課件212．LED點陣模塊顯示器

LED點陣模塊顯示器是指由發(fā)光二極管排成一個m×n的點陣，每個發(fā)光二極管構(gòu)成點陣中的一個點。這種顯示器顯示的字形逼真，能顯示的字符比較多，但控制比較復(fù)雜。適用于顯示漢字、圖形和表格，廣泛應(yīng)用于公共場合的信息發(fā)布。七段LED字形碼如下表所示。2．LED點陣模塊顯示器七段LED字形碼如下表所示。223.LED的驅(qū)動接口

LED工作時需要一定的工作電流，才能正常發(fā)光。單個LED實際上是一個壓降為1.2～1.5V的發(fā)光二極管，流過LED的電流大小決定了它的發(fā)光強度，R為限流電阻。適當(dāng)減小限流電阻可以增加LED的工作電流，使LED的顯示效果更好。但工作電流過大，會對驅(qū)動器件、LED造成損害。通常每個段筆畫要串一個數(shù)百歐姆的降壓電阻。下圖為單個LED的驅(qū)動接口電路。3.LED的驅(qū)動接口234．LED數(shù)碼管的顯示與驅(qū)動

LED數(shù)碼管顯示器的工作方式：靜態(tài)和動態(tài)兩種顯示方式。（1）靜態(tài)顯示方式

靜態(tài)顯示方式的各數(shù)碼管在顯示過程中持續(xù)得到送顯信號，與各數(shù)碼管接口的I/O口線是專用的。其特點是顯示穩(wěn)定，無閃爍，用元器件多，占I/O線多，無須掃描。系統(tǒng)運行過程中，在需要更新顯示內(nèi)容時，CPU才去執(zhí)行顯示更新子程序，節(jié)省CPU時間，提高CPU的工作效率，編程簡單。

[例題]

利用在8051串行口擴展多片串行輸入并行輸出的移位寄存器74LS164作為靜態(tài)顯示器接口的方法，設(shè)計3位靜態(tài)顯示器接口，并寫出顯示更新子程序，實現(xiàn)將7FH～7DH3個單元的數(shù)值分別顯示在3位LED2～LED0上。4．LED數(shù)碼管的顯示與驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示器24解：接口電路如圖下圖所示。3個共陽極數(shù)碼管的公共端均接Vcc，段碼通過串行口，采用串—并轉(zhuǎn)換原理，分別送出3個數(shù)碼管的段碼（先送出的段碼字節(jié)在LED2數(shù)碼管上顯示），圖中的電阻值取100~500。解：接口電路如圖下圖所示。3個共陽極數(shù)碼管的公共端均接Vcc25程序如下：

ORG 1000H DISPSER: MOV R5,#03H ;顯示3個字符 MOV R1,#7FH ;7FH～7DH存放要顯示的數(shù)據(jù)DL0: MOV A,@R1 ;取出要顯示的數(shù)據(jù) MOV DPTR,#STAB ;指向段數(shù)據(jù)表 MOVC A,@A+DPTR ;查表取字形數(shù)據(jù) MOV SBUF,A ;送出數(shù)據(jù)，進(jìn)行顯示 JNB T1,$ ;輸出完否？ CLR T1 ;輸出完，清中斷標(biāo)志 DEC R1 ;再取下一個數(shù)據(jù) DJNZ R5,DL0 ;循環(huán)3次 RET ;返回STAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H;段數(shù)據(jù)表（共陽極） DB· …… …… END 程序如下：26（2）動態(tài)顯示方式

動態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點亮每位顯示器，與各數(shù)碼管接口的I/O口線是共用的。其特點是有閃爍，用元器件少，占I/O線少，必須掃描，花費CPU時間，編程復(fù)雜。

[例題]設(shè)計89S51通過74LS273擴展6位七段共陽極LED顯示器。

解：接口電路如下頁圖所示。在程序中通過P0口將相應(yīng)的字形碼寫入74LS273，P2.0~P2.5作為段碼輸出口，P0口的端口地址為00FFH。進(jìn)行掃描時，P2的低6位依次置1，依次選中了從左至右的顯示器。使用74LS04作為段碼輸出驅(qū)動（反相驅(qū)動），所以共陰極數(shù)碼管在段數(shù)據(jù)表中的字形碼應(yīng)與共陽極數(shù)碼管的字形碼相同。顯示器就可以顯示出6位字符。（2）動態(tài)顯示方式動態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流27

說明:1、單片機WR引腳要與273的CLK連接2、273的CLR引腳要與VCC連接3、DPTR值不一定是7FFFh,用FFH可消除閃爍說明:1、單片機WR引腳要與273的CLK連接286.2.2LCD顯示器及其接口

液晶顯示器簡稱LCD（LiquidCrystalDiodes）是利用液晶經(jīng)過處理后能夠改變光線傳輸方向的特性，達(dá)到顯示字符或者圖形的目的。其特點是體積小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中有著日益廣泛的應(yīng)用。1．LCD的分類及特點分類：筆段式和點陣式（可分為字符型和圖像型）。筆段式LCD顯示器：類似于LED數(shù)碼管顯示器。每個顯示器的段電極包括a,b,c,d,e,f,g七個筆劃（段）和一個背電極BP（或COM）?？梢燥@示數(shù)字和簡單的字符。

點陣式LCD顯示器：段電極與背電極呈正交帶狀分布，液晶位于正交的帶狀電極間。點陣式LCD的控制一般采用行掃描方式，如圖右所示為顯示字符“A”的情況。6.2.2LCD顯示器及其接口液晶顯示器簡292．筆段式LCD液晶顯示器的驅(qū)動

在LCD的公共極（一路為背電極）加上恒定的交變方波信號，通過控制段極的電壓變化，在LCD兩極間產(chǎn)生所需的零電壓或二倍幅值的交變電壓，以達(dá)到LCD亮、滅的控制。在筆段式LCD的段電極與背電極間施加周期地改變極性的電壓（通常為4V或5V），可使該段呈黑色。3．LCD顯示模塊LCM（LiquidCrystalDisplayModule）

在實際應(yīng)用中，用戶很少直接設(shè)計LCD顯示器驅(qū)動接口，一般是直接使用專用的LCD顯示驅(qū)動器和LCD顯示模塊LCM。LCM是把LCD顯示屏、背景光源、線路板和驅(qū)動集成電路等部件構(gòu)造成一個整體，作為一個獨立部件使用。其特點是功能較強、易于控制、接口簡單，在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用較多。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下頁圖所示。LCM一般帶有內(nèi)部顯示RAM和字符發(fā)生器，只要輸入ASCII碼就可以進(jìn)行顯