數(shù)碼管常用接口電路

數(shù)碼管常用接口電路第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2/37數(shù)碼管

常用接口電路簡介在一些只需要簡單顯示的儀器中，常用數(shù)碼管顯示信息；類型：發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED(LightEmittingDiode)；液晶顯示器，簡稱LCD(LiquidCrystalDisplay)；熒光管顯示器。LED、LCD有兩種顯示結(jié)構(gòu)；段顯示(8段，“米”字型等)和點(diǎn)陣顯示(5X7，5X8，8X8點(diǎn)陣等)。LED示又分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽極和共陰極之分等。三種顯示器中，以熒光管顯示器亮度最高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱；液晶顯示器有帶背光和不帶背光之分，帶背光的液晶顯示器既可以在有外部光源處使用，也可以在黑暗中使用；不帶背光的液晶顯示器只能靠外部光源才能看清。第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五3/37LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理一、結(jié)構(gòu)種類常用的LED發(fā)光器件有兩類：段顯示（數(shù)碼管）和點(diǎn)陣顯示。八段LED顯示器(數(shù)碼管)系發(fā)光器件的一種；數(shù)碼管內(nèi)部由七個條形發(fā)光二極管和一個小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符?？捎脕盹@示0～9、A、B、C、D、E、F及小數(shù)點(diǎn)“.”等字符。常見數(shù)碼管有10根管腳。其中COM為公共端；數(shù)碼管第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五4/37LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理一、結(jié)構(gòu)種類根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的接線形式可分為共陰極(各二極管的陰極連接在一起)和共陽極(各二極管的陽極連接在一起)兩種。使用時，共陰極數(shù)碼管公共端接地，共陽極數(shù)碼管公共端接電源。每段發(fā)光二極管需5～10mA的驅(qū)動電流才能正常發(fā)光。

(b)共陰極；(c)共陽極

(a)管腳排列八段LED顯示器第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五5/37

共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的公共陰極接地，而陽極通過限流電阻接到驅(qū)動芯片的輸出口線上，當(dāng)某個驅(qū)動口線為高電平時，該發(fā)光二極管有電流通過而發(fā)光，相應(yīng)的段被顯示。二、顯示原理LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理

共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的公共陽極接高電平，而陰極通過限流電阻接到驅(qū)動芯片的輸出口線上，當(dāng)某個驅(qū)動口線為低電平時，該發(fā)光二極管有電流通過而發(fā)光，相應(yīng)的段被顯示。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五6/37根據(jù)LED顯示器的結(jié)構(gòu)原理可知，通過給每段提供不同的數(shù)據(jù)，LED顯示器就能顯示出不同形狀的字符，因此，我們把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)稱為“字形碼”或“字段碼”。不同的字符有不同的字形碼，而且還與LED顯示器是共陰極或是共陽極接法密切相關(guān)。字形碼數(shù)據(jù)格式二、顯示原理LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五7/37LED顯示器的字形(段)碼表顯示字符字形碼顯示字符字形碼共陰極共陽極共陰極共陽極03FHC0HA77H88H106HF9HB7CH83H25BHA4HC39HC6H34FHB0HD5EHA1H466H99HE79H86H56DH92HF71H8EH67DH82H—40HBFH707HF8HP73H8CH87FH80HP.F3H0CH96FH90H熄滅00HFFH共陽極和共陰極的字段碼互為反碼。LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五8/37一般地，發(fā)紅光的LED每段流過5mA的平均電流，亮度就可以了，7mA電流會更亮些，10mA以上也不會再亮多少，但長期運(yùn)行于10mA以上會縮短其壽命。最大電流平均值不得超過30mA；在應(yīng)用中，通常設(shè)置為5～10mA。在動態(tài)掃描顯示情況下，瞬時電流較大，但平均電流不要超過10mA；LED顯示器允許的反向電壓最大值為5V，此時的反向電流一般小于10μA；小尺寸的LED顯示器每段只有一個發(fā)光二極管，其正向壓降約為1.5V，一般最大不大于2V。大尺寸的LED顯示器每段可能由數(shù)個發(fā)光二極管串聯(lián)，每段壓降也相應(yīng)的要增大。二、顯示原理LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五9/37“米”字型數(shù)碼管結(jié)構(gòu)與引腳圖二、顯示原理LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理“米”字型數(shù)碼管“米”字型LED顯示器也有共陰和共陽極兩種。“COM”是公共端，對于共陰極型它是負(fù)極，對于共陽極型它是正極。“米”字型LED顯示器由15個LED字段組成，所以其字型碼為兩個字節(jié)。字型碼與連接方式有關(guān)，只有確定了數(shù)碼管的電路連接圖，才能根據(jù)電路連接關(guān)系確定CPU輸出的字形碼。第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五10/37二、顯示原理LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理“米”字型數(shù)碼管字符共陰極共陽極字符共陰極共陽極字符共陰極共陽極0003FHFFC0HB128FHED70HP00F3HFF0CH10006HFFEDHC0039HFFC6HQ203FHDFC0H200DBHFFF9HD120FHEDF0HR20F3HDF0CH300CFHFF24HE0079HFF86HS2109HDEF6H400E6HFFl9HF0071HFF8EHT1201HEDFEH500EDHFFl2HG00BDHFF42HU003EHFFC1H600FDHFF01HH00F6HFF09HV0C30HF2CFH70007HFFF8HI1209HFDF6HW2836HD7C9H800FFHFF00HJ0C01HF3FEHX2D00HD2FFH900EFHFFl0HK3600HC9FFHY1500HEAFFH“米”字形數(shù)碼管字形碼第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五11/371.軟件查表法采用軟件查表方式時，需要在程序中安排一張顯示字符段碼表。段碼表應(yīng)根據(jù)硬件電路中使用的數(shù)碼管的極性和顯示字符的需要而設(shè)定。LED數(shù)碼管譯碼方法二、顯示原理LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理2.硬件譯碼法硬件譯碼是用譯碼器把要顯示的字符轉(zhuǎn)換成顯示代碼。已有專用芯片，可把4位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的顯示代碼。例如Motorola公司生產(chǎn)的MC14495就是一種CMOS型七段十六進(jìn)制--BCD碼鎖存譯碼驅(qū)動器。還有MC14493、MC14499、74LS47/48/49，國產(chǎn)的4線七段譯碼驅(qū)動器74HC4511等。使用時請參閱有關(guān)器件手冊。第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五12/37靜態(tài)顯示：即顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出去后，數(shù)碼管始終顯示該數(shù)據(jù)，CPU不再控制LED。到下一次顯示時，再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的接口電路采用一個并行口接一個數(shù)碼管，數(shù)碼管的公共端按共陰極或共陽極分別接地或接VCC;這種接法，每個數(shù)碼管都要單獨(dú)占用一個并行I/O口，以便單片機(jī)傳送字形碼到數(shù)碼管控制數(shù)碼管的顯示;優(yōu)點(diǎn)是顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，無閃爍，占用CPU時間少。其缺點(diǎn)是由于數(shù)碼管始終發(fā)光，功耗比較大;LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。二、顯示原理共陰極第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五13/37每個顯示器由一個4線7段譯碼驅(qū)動器4511驅(qū)動。4511輸出口線與LED輸入口線之間接有限流電阻。4511的輸入端接8051的數(shù)據(jù)總線。8051一次送出兩個字符的編碼，一個在P0.0～P0.3，另一個在P0.4～P0.7。直接以存儲器寫的方式寫入到4511中。4511的選通與數(shù)據(jù)輸入鎖存電路由S1、S2兩個信號決定。兩個顯示器只需要兩次寫操作就可以完成數(shù)據(jù)傳送、鎖存與顯示。靜態(tài)顯示LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路二、顯示原理第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五14/37為了克服靜態(tài)顯示方式的缺點(diǎn)，節(jié)省I/O口線，常常使用動態(tài)顯示方式。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有數(shù)碼管的8個筆劃段a～g和dp同名端連在一起,而每一個數(shù)碼管的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線控制。2.動態(tài)顯示二、顯示原理LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED動態(tài)顯示方式CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有數(shù)碼管接收到相同的字形碼。哪個數(shù)碼管亮，則取決于COM端，COM端與單片機(jī)的I/O口相連，由單片機(jī)輸出位碼到I/O控制何時哪一位數(shù)碼管亮。第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五15/37動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，使各個數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮。在需要多個字符同時顯示時，可以輪流給每一個字符通以電流，逐次把所需顯示的字符顯示出來。在每點(diǎn)亮一個顯示器之后，必須持續(xù)通電一段時間，使之發(fā)光穩(wěn)定，然后再點(diǎn)亮另一個顯示器，如此巡回掃描所有的顯示器。由于巡回顯示速度較快，每秒可重復(fù)多次(為了不產(chǎn)生閃爍，可每秒掃描24次左右)。雖然在同一時刻只有一個顯示器通電，但是由于人眼的視覺暫留作用和發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，看起來每個顯示器都在穩(wěn)定地顯示。二、顯示原理LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理2.動態(tài)顯示第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五16/37這種巡回掃描顯示器的操作要靠程序控制，CPU始終要介入顯示掃描。動態(tài)顯示的亮度隨電流平均值的增大而增強(qiáng)，亮度大體上等同于通過同樣大的穩(wěn)定電流的靜態(tài)顯示器的亮度。二、顯示原理LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理2.動態(tài)顯示優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)顯示位數(shù)較多時，采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示簡單。缺點(diǎn)：其穩(wěn)定度不如靜態(tài)顯示方式。而且在顯示位數(shù)較多時CPU要輪番掃描，占用CPU較多的時間。動態(tài)顯示方式雖然使用器件較少，但是CPU效率低，編程麻煩，軟件調(diào)試工作量大，使總體工作效率下降。因此，這種動態(tài)顯示方式只在CPU工作任務(wù)簡單的情況下被使用。第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五17/37LED數(shù)碼管動態(tài)顯示電路由并行口擴(kuò)展接口芯片8155負(fù)責(zé)接收8051的命令和數(shù)據(jù)，再從其PB口分時送出數(shù)碼給顯示器；由PA口分別選通數(shù)碼管，送出哪個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)時，就選通那個數(shù)碼管。不斷的掃描顯示，CPU就得不斷的送顯示數(shù)據(jù)與選通數(shù)據(jù)。如果CPU停止對顯示器送數(shù)，顯示器的顯示也就消失了第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五18/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理

在儀器電路設(shè)計中，往往將鍵盤和數(shù)碼管顯示電路綜合考慮進(jìn)行設(shè)計。鍵盤與顯示專用芯片8279第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五19/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片82798279引腳圖8279的主要功能（1）鍵盤與顯示器能同時工作；（2）掃描式鍵盤工作方式；（3）掃描式傳感器工作方式；（4）用選通方式送入輸入信號；（5）帶有8字符的鍵盤先入先出存儲器（FIFO）；（6）觸點(diǎn)回彈時兩鍵封鎖或N鍵巡回；（7）雙排8字或單個16字的數(shù)字顯示器；（8）可右入或左入的16字節(jié)顯示器RAM；（9）工作方式可由CPU編程；（10）可編程掃描定時、鍵盤送入時有中斷輸出。

第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五20/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片82798279的掃描輸出線按編碼方式使用。其SL0～SL2經(jīng)過74HC138譯碼，其輸出的8根選通線的Y0～Y5作為鍵盤矩陣的列掃描線，而8279的8根返回線RL0～RL7用作鍵盤的8根檢測線?？梢詫崿F(xiàn)6×8=48鍵的鍵盤輸入功能。在這種接口邏輯下，8279的命令/狀態(tài)口的地址為DFFFH，其數(shù)據(jù)寄存器口地址為DFFEH。第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五21/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理控制位值

功能D1D0008個8位字符顯示，左端輸入0116個8位字符顯示，左端輸入108個8位字符顯示，右端輸入1116個8位字符顯示，右端輸入K00SL3-SL0為編碼掃描方式1SL3-SL0為譯碼掃描方式K2K100雙鍵封鎖方式01N鍵巡回方式10傳感器陣列方式11選通輸入方式(1)工作方式設(shè)置命令控制字格式：000D1D0K2K1K0000:該命令控制字的標(biāo)志符D1D0:顯示方式控制位K2K1K0鍵盤方式控制位第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五22/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理(2)內(nèi)部時鐘設(shè)置命令控制字格式：001P4P3P2P1P0001:改命令控制字的標(biāo)志符P4P3P2P1P0:CLK引腳輸入脈沖的分頻數(shù)，取值2-31。對于不同的CLK輸入脈沖頻率，適當(dāng)選擇設(shè)置P4P3P2P1P0的值，以便得到掃描和去抖動所需的100KHz的定時信號。對于上述硬件邏輯，CLK為2MHz，可設(shè)置P4P3P2P1P0=10100B=20D，使8279得到內(nèi)部定時信號的頻率為100KHz。第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五23/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理(3)讀取鍵值命令控制字格式：010AI×A2A1A0010:該命令控制字的標(biāo)志符AI：自動增1控制，用于傳感器方式A2A1A0：傳感器緩沖器行地址。在鍵盤掃描方式下，設(shè)置本命令控制字之后，對8279數(shù)據(jù)口的讀操作，可以得到當(dāng)前的鍵值。第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五24/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理8279芯片內(nèi)部具有對鍵盤掃描的“去抖動”功能和識別功能，使用100KHz的內(nèi)部定時頻率時，其去抖動時間為10.3ms，在相距10.3ms的兩次掃描中均檢測到的按鍵，被確認(rèn)為有效按下的鍵；對有效按下的鍵的識別算法是：只有一個有效按下的鍵，則將其相應(yīng)的鍵值送入FIFO鍵值緩沖存貯器，供CPU讀??；如果有兩個或兩個以上的有效按下的鍵，則按兩種不同的策略來識別：①兩鍵封鎖策略，只識別最先按下最后被釋放的一個鍵，或者同時按下最后釋放的一個鍵，將其鍵值送入FIFO鍵值緩沖器；②N鍵巡回