顯示器及其接口技術(shù)

第6章顯示器及其接口技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握LED數(shù)碼管顯示器的工作原理、顯示方式及其接口電路。2.理解LCD液晶顯示器的結(jié)構(gòu)原理、驅(qū)動(dòng)方式及其接口電路。

3.了解圖形顯示畫(huà)面的幾種形式與功能作用。當(dāng)前第1頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)本章主要內(nèi)容

引言

6.1LED數(shù)碼管顯示器

6.2LCD液晶顯示器

6.3圖形顯示器本章小結(jié)

思考題

當(dāng)前第2頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

引言

在計(jì)算機(jī)控制中，顯示裝置是一個(gè)重要組成部分，主要用來(lái)顯示生產(chǎn)過(guò)程的工藝狀況與運(yùn)行結(jié)果，以便于現(xiàn)場(chǎng)工作人員的正確操作。是人機(jī)信息交換的主要窗口。常用的顯示器件有顯示記錄儀、發(fā)光二極管顯示器LED、液晶顯示器LCD、大屏幕顯示器和圖形顯示器終端CRT。當(dāng)前第3頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)顯示記錄儀--是以模擬方式連續(xù)顯示和記錄過(guò)程參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，但其價(jià)格都很貴，在目前的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中已很少采用。

LED數(shù)碼管--由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、配置靈活、顯示清晰、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，目前已被微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及智能化儀表廣泛采用。LCD--則以其功耗極低的特點(diǎn)，占據(jù)了從電子表到計(jì)算器，從袖珍儀表到便攜式微型計(jì)算機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)合。CRT終端--CRT終端以其圖文并茂的直觀(guān)生動(dòng)畫(huà)面，可以顯示生產(chǎn)過(guò)程中的各種畫(huà)面及報(bào)表，如生產(chǎn)流程圖、顯示報(bào)警圖、趨勢(shì)曲線(xiàn)圖、狀態(tài)和回路查詢(xún)圖等,在很多微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，特別在DDC，SCC以及DCS控制系統(tǒng)中，大都采用CRT操作臺(tái)進(jìn)行監(jiān)視和控制。當(dāng)前第4頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.1LED數(shù)碼管顯示器引言6.1.1LED顯示器的工作原理6.1.2LED顯示器的顯示方式6.1.3LED顯示器接口電路當(dāng)前第5頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)引言

在小型控制裝置和數(shù)字化儀器儀表中，往往只要幾個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字顯示或字符狀態(tài)便可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的需求，而顯示數(shù)碼的LED因其成本低廉、配置靈活，與計(jì)算機(jī)接口方便等特點(diǎn)在小型微機(jī)控制系統(tǒng)中得到極為廣泛的應(yīng)用。本節(jié)將討論LED顯示器及其接口電路與相應(yīng)程序，來(lái)了解一個(gè)實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是如何顯示被測(cè)參數(shù)值的。當(dāng)前第6頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.1.1LED顯示器工作原理

LED（發(fā)光二極管LightEmittingDiode的英文縮寫(xiě)）是利用PN結(jié)把電能轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光器件，根據(jù)制造材料的不同可以發(fā)出紅、黃、綠、白等不同色彩的可見(jiàn)光來(lái)。LED的伏安特性類(lèi)似于普通二極管，正向壓降約為2伏左右，工作電流一般在10-20mA之間較為合適。當(dāng)前第7頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)LED顯示器有多種結(jié)構(gòu)形式，單段的圓形或方形LED常用來(lái)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，8段LED可以顯示各種數(shù)字和字符，所以也稱(chēng)為L(zhǎng)ED數(shù)碼管，其外形如圖6-2所示。8段LED在控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，其接口電路也具有普遍借鑒性。因此，我們介紹8段LED數(shù)碼管顯示器。當(dāng)前第8頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)8段LED顯示器的結(jié)構(gòu)與工作原理如圖6-3所示。當(dāng)前第9頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)一個(gè)8段LED顯示器的結(jié)構(gòu)與工作原理如圖6-1所示。它是由8個(gè)發(fā)光二極管組成，各段依次記為a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp表示小數(shù)點(diǎn)（不帶小數(shù)點(diǎn)的稱(chēng)為7段LED）。8段LED顯示器有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖6-1（b）、（c）所示。共陰極LED的所有發(fā)光管的陰極并接成公共端COM，而共陽(yáng)極LED的所有發(fā)光管的陽(yáng)極并接成公共端COM。當(dāng)共陰極LED的COM端接地，則某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極加上高電平時(shí)，則該管有電流流過(guò)因而點(diǎn)亮發(fā)光；當(dāng)共陽(yáng)極LED的COM端接高電平，則某個(gè)發(fā)光管的陰極加上低電平時(shí)，則該管有電流流過(guò)因而點(diǎn)亮發(fā)光。當(dāng)前第10頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

8段LED通過(guò)不同段點(diǎn)亮?xí)r的組合，可以顯示0~9、A~F等十六進(jìn)制數(shù)。顯然，將單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出口與LED各段引腳相連，控制輸出的數(shù)據(jù)就可以使LED顯示不同的字符。通常把控制LED數(shù)碼管發(fā)光顯示字符的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱(chēng)為段選碼或者字符譯碼，如圖7-4所示。當(dāng)前第11頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.1.2LED顯示器顯示方式在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，常利用n個(gè)LED顯示器構(gòu)成n位顯示。通常把點(diǎn)亮LED某一段的控制稱(chēng)為段選，而把點(diǎn)亮LED某一位的控制稱(chēng)為位選或片選。根據(jù)LED顯示器的段選線(xiàn)、位選線(xiàn)與控制端口的連接方式不同，LED顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式，下面以4個(gè)共陰極LED的組合為例進(jìn)行說(shuō)明。1、靜態(tài)顯示2、動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前第12頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)1．靜態(tài)顯示方式－各位同時(shí)顯示4個(gè)LED組合的靜態(tài)顯示電路如圖6-3所示

圖6-3LED靜態(tài)顯示方式

當(dāng)前第13頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)例題6-1：說(shuō)明4個(gè)共陰極LED靜態(tài)顯示3456數(shù)字的工作過(guò)程。

例題分析：看圖6-3，當(dāng)所有COM端連接在一起并接地時(shí)，首先由I/O口（1）送出數(shù)字3的段選碼4FH即數(shù)據(jù)01001111到左邊第一個(gè)LED的段選線(xiàn)上，陽(yáng)極接受到高電平“1”的發(fā)光管g、d、c、b、a段因?yàn)橛须娏髁鬟^(guò)則被點(diǎn)亮，則結(jié)果為左邊第一個(gè)LED顯示3；接著由I/O口（2）送出數(shù)字4的段選碼66H即數(shù)據(jù)01100110到左邊第二個(gè)LED的段選線(xiàn)上，陽(yáng)極接受到高電平“1”的共陰極發(fā)光管g、f、c、b段則被點(diǎn)亮，則結(jié)果為左邊第二個(gè)LED顯示4；同理，由I/O口（3）送出數(shù)字5的段選碼6DH即01101101到左邊第三個(gè)LED的段選線(xiàn)上，由I/O口（4）送出數(shù)字6的段選碼7DH即01111101到左邊第四個(gè)LED的段選線(xiàn)上，則第三、四個(gè)LED分別顯示5、6。當(dāng)前第14頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)2．動(dòng)態(tài)顯示方式－逐位輪流顯示LED動(dòng)態(tài)顯示電路如圖6-4所示

圖6-4LED動(dòng)態(tài)顯示方式

當(dāng)前第15頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)例題6-2：說(shuō)明4位共陰極LED動(dòng)態(tài)顯示3456數(shù)字的工作過(guò)程

例題分析：看圖6-4，首先由I/O口（1）送出數(shù)字3的段選碼4FH即數(shù)據(jù)01001111到4個(gè)LED共同的段選線(xiàn)上，接著由I/O口（2）送出位選碼××××0111到位選線(xiàn)上，其中數(shù)據(jù)的高4位為無(wú)效的×，唯有送入左邊第一個(gè)LED的COM端D3為低電平“0”，因此只有該LED的發(fā)光管因陽(yáng)極接受到高電平“1”的g、d、c、b、a段有電流流過(guò)而被點(diǎn)亮，也就是顯示出數(shù)字3，而其余3個(gè)LED因其COM端均為高電平“1”而無(wú)法點(diǎn)亮；顯示一定時(shí)間后（1－5ms）再由I/O口（1）送出數(shù)字4的段選碼66H即01100110到段選線(xiàn)上，接著由I/O口（2）送出點(diǎn)亮左邊第二個(gè)LED的位選碼××××1011到位選線(xiàn)上，此時(shí)只有該LED的發(fā)光管因陽(yáng)極接受到高電平“1”的g、f、c、b段有電流流過(guò)因而被點(diǎn)亮，也就是顯示出數(shù)字4，而其余3位LED不亮；如此再依次送出第三個(gè)LED、第四個(gè)LED的段選與位選的掃描代碼，就能一一分別點(diǎn)亮各個(gè)LED，使4個(gè)LED從左至右依次顯示3、4、5、6。當(dāng)前第16頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.1.3LED顯示器接口電路

控制系統(tǒng)中的LED顯示電路，除了要完成把字符轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的段選碼的譯碼功能以外，還要具有數(shù)據(jù)鎖存與驅(qū)動(dòng)的功能。其中，譯碼功能可以通過(guò)硬件譯碼器完成，也可通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)；而數(shù)據(jù)鎖存與驅(qū)動(dòng)只有依賴(lài)硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)合上面討論的兩種顯示方式：

1．靜態(tài)顯示接口電路

2．動(dòng)態(tài)顯示接口電路當(dāng)前第17頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

1．靜態(tài)顯示電路

靜態(tài)顯示方式的關(guān)鍵是多個(gè)LED需與多個(gè)I/O并行口相連，一般的并行I/O口如8255A或鎖存器只具備鎖存功能，還要有硬件驅(qū)動(dòng)電路，再配以軟件譯碼程序。目前廣泛使用一種集鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)功能為一體的集成電路芯片，以此構(gòu)成靜態(tài)顯示硬件譯碼接口電路。如美國(guó)RCA公司的CD4511B是4位BCD碼─7段十進(jìn)制鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器，美國(guó)MOTOROLA公司的MC14495是4位BCD碼─7段十六進(jìn)制鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器。下面以CD4511B為例，說(shuō)明其接口電路。如圖6-5所示。當(dāng)前第18頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)當(dāng)前第19頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

圖6-5中有CD4511B的引腳分配，它的真值表見(jiàn)表6-2。（BLanking）為空白（全滅）信號(hào)，低電平有效；(LampTest)為全亮試驗(yàn)信號(hào)，低電平有效；這兩個(gè)引腳只用來(lái)測(cè)試與之連接的LED，在LED正常工作時(shí)，要把它們均接成高電平。鎖存允許信號(hào)(LatchEnable)為低電平有效，作為允許BCD碼輸入的片選信號(hào)，片選端一般是與接口地址譯碼信號(hào)相連。一旦片選有效即＝0,則數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D所接收的4位BCD碼就會(huì)被內(nèi)部邏輯電路自動(dòng)譯為輸出端a~g的段選信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮7段LED顯示出相應(yīng)的字符。當(dāng)前第20頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)圖6-5為4個(gè)LED組成的靜態(tài)顯示硬件譯碼接口電路，是在圖6-3LED靜態(tài)顯示方式的基礎(chǔ)上，增加4片集BCD碼鎖存、譯碼和驅(qū)動(dòng)為一體的CD4511B（U1~U4）與1片譯碼器74LS138，它能夠直接顯示出4位十進(jìn)制數(shù)。圖中，4片CD4511B分別對(duì)應(yīng)連接4片7段共陰極LED顯示器，74LS138譯碼器譯出片選信號(hào)PORT0、PORT1，分別作為U1、U2和U3、U4的鎖存允許信號(hào)。CPU通過(guò)輸出指令把要顯示字符的BCD碼數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)D7~D0輸出到U1~U4的數(shù)據(jù)輸入端D、C、B、A，其中每2片（U1和U2，U3和U4）共用一個(gè)字節(jié)及一個(gè)片選信號(hào)。若要顯示帶小數(shù)點(diǎn)的十進(jìn)制數(shù)，則只要在LED顯示器的dp端另加驅(qū)動(dòng)控制即可（讀者可自行考慮）。當(dāng)前第21頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

000000000100010000110010000101001100011101000輸

入輸

出

DCBAgfedcba顯示字符110111111011000011010010110112111001111311110011041111011015111111101611000011171111111118011100111011119×0×××××0000000全滅××0××××1111111全亮圖6-5為4個(gè)LED組成的靜態(tài)顯示硬件譯碼接口電路，是在圖6-3LED靜態(tài)顯示方式的基礎(chǔ)上，增加4片集BCD碼鎖存、譯碼和驅(qū)動(dòng)為一體的CD4511B

當(dāng)前第22頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)接口程序?yàn)椋?/p>

MOVBX，OFFSETDATA1MOVAL，[BX]OUTPORT1，AL；顯示左2位INCBXMOVAL，[BX]OUTPORT0，AL；顯示右2位當(dāng)前第23頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)2．動(dòng)態(tài)顯示電路

動(dòng)態(tài)顯示接口電路的關(guān)鍵是由兩個(gè)I/O并行端口分別進(jìn)行段選碼與位選碼的鎖存，除了需要配置驅(qū)動(dòng)電路以外，譯碼掃描功能則完全由軟件編程來(lái)完成。圖6-6給出4個(gè)LED組成的動(dòng)態(tài)顯示軟件譯碼接口電路，4個(gè)共陰極LED顯示器的段選線(xiàn)對(duì)應(yīng)并接，由一片8D觸發(fā)器74LS374（U1）進(jìn)行段選控制，其間串有8個(gè)三極管以正向驅(qū)動(dòng)LED的陽(yáng)極，此可稱(chēng)為段選通道。4個(gè)LED的COM端由另一片74LS374（U2）進(jìn)行位選控制，其間接有達(dá)林頓陣列驅(qū)動(dòng)器MC1413（內(nèi)含7對(duì)復(fù)合三極管）以對(duì)LED的陰極進(jìn)行反向驅(qū)動(dòng)，此構(gòu)成了位選通道。當(dāng)前第24頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)問(wèn)題：顯示3456的段選碼、位選碼各為多少？當(dāng)前第25頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)段碼鎖存器U1和位碼鎖存器U2均連在數(shù)據(jù)總線(xiàn)D7~D0上，CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送出的數(shù)據(jù)是到U1還是U2，這要由74LS138對(duì)地址譯碼后的輸出信號(hào)和決定。當(dāng)＝0時(shí)，U1端口地址PORT0被選中，U1選通并鎖存住CPU輸出的段選碼；當(dāng)＝0時(shí),U2端口地址PORT7被選中，U2鎖存住CPU輸出的位選碼。設(shè)該接口電路從左到右（即從LED1到LED4）進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，其顯示過(guò)程如下：首先CPU把LED1要顯示的字符段碼送入段碼鎖存器U1，接著就往位碼鎖存器U2送入點(diǎn)亮LED1的位選碼，即僅使LED1的COM端為低電平。雖然段選碼通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)送到各位LED，但這時(shí)只有LED1的相應(yīng)段被導(dǎo)通點(diǎn)亮，而其余LED并不顯示。然后CPU把LED2要顯示的字符段碼再送入段碼鎖存器U1，接著往位碼鎖存器U2送入點(diǎn)亮LED2的位選碼。……如此依次分別送出掃描代碼，一一分別點(diǎn)亮各個(gè)LED。只要刷新時(shí)間不太長(zhǎng)，就會(huì)給人以同時(shí)顯示的穩(wěn)定的視覺(jué)效果。當(dāng)前第26頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)LED動(dòng)態(tài)掃描流程圖如圖6-7所示。

當(dāng)前第27頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)假設(shè)要顯示的4位數(shù)據(jù)已存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，其掃描顯示程序如下：START：MOVDI,OFFSETBUFDATA；指向緩沖區(qū)首址MOVCL,08H；取點(diǎn)亮LED1的位碼DIS1：MOVAL,[DI+0]；AL中為要顯示的數(shù)MOVBX,OFFSETTABLE；段碼表首址送BXXLAT；[（BX）+（AL）]AL，將段碼取到AL中MOVDX,PORT0OUTDX,AL；段碼送到段選通道MOVAL,CLMOVDX,PORT7；位選碼送到位選通道

當(dāng)前第28頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)OUTDX,ALPUSHCX；保存位選碼MOVCX,300HDELAY：LOOPDELAY；延遲一定時(shí)間POPCXCMPCL,01；顯示掃描是否到最右邊LED4JZQUIT；是，則已顯示一遍，故退出INCDI；否，則指向下一位LEDSHRCL,1；位選碼右移指向下一位JMPDIS1；顯示下一位LEDQUIT：RET當(dāng)前第29頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)TABLEDB3FH；0的段選碼DB06H；1的段選碼DB5BH；2的段選碼DB4FH；3的段選碼DB66H；4的段選碼DB6DH；5的段選碼DB7DH；6的段選碼DB07H；7的段選碼DB7FH；8的段選碼DB6FH；9的段選碼DB77H；A的段選碼DB7CH；b的段選碼DB39H；C的段選碼DB5EH；d的段選碼DB79H；E的段選碼DB71H；F的段選碼BUFDATADB4DUP（?）；4個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)

當(dāng)前第30頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.2LCD液晶顯示器引言6.2.1LCD顯示器結(jié)構(gòu)原理6.2.2LCD顯示器驅(qū)動(dòng)方式6.2.3段位式LCD接口電路6.2.4點(diǎn)陣式LCD接口電路

當(dāng)前第31頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)引言

液晶顯示器LCD(LiquidCrystalDisplay)是一種利用液晶的扭曲/向列效應(yīng)制成的新型顯示器，它具有功耗極低、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格廉等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用在各種顯示領(lǐng)域，尤其在袖珍儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。LCD可分為段位式、字符式和點(diǎn)陣式三種。如右圖所示。

圖數(shù)字萬(wàn)用表當(dāng)前第32頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.2.1LCD顯示器結(jié)構(gòu)原理LCD(液晶顯示器LiquidCrystalDisplay的英文縮寫(xiě))是借助外界光線(xiàn)照射液晶材料而實(shí)現(xiàn)顯示的被動(dòng)顯示器件。液晶是一種介于液體與固體之間的熱力學(xué)的中間穩(wěn)定相，在一定的溫度范圍內(nèi)既有液體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又有晶體的各向異性和光學(xué)特性。當(dāng)前第33頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

LCD器件的結(jié)構(gòu)如圖13所示，在上、下兩片導(dǎo)電玻璃電極板之間封入液晶材料，液晶棒狀分子在上、下玻璃電極上呈水平排列，但排列方向互為正交，而電極間的分子呈連續(xù)扭轉(zhuǎn)過(guò)渡，從而使光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90o。當(dāng)外部入射光線(xiàn)通過(guò)上偏振片后形成偏振光，該偏振光通過(guò)平行排列的液晶材料后被旋轉(zhuǎn)90o，正好與下偏振片的水平偏振方向一致。因此，它能全面穿過(guò)下偏振片到達(dá)反射板，從而反射回來(lái)，使顯示器件呈透明狀態(tài)。

圖13LED顯示結(jié)構(gòu)與原理當(dāng)前第34頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)當(dāng)外部入射光線(xiàn)通過(guò)上偏振片后形成偏振光，該偏振光通過(guò)平行排列的液晶材料后被旋轉(zhuǎn)90。，正好與下偏振片的水平偏振方向一致。因此，它能全面穿過(guò)下偏振片到達(dá)反射板，從而反射回來(lái)，使顯示器件呈透明狀態(tài)。若上、下電極加上一定的電壓后，電極部分的液晶分子轉(zhuǎn)成垂直排列，失去旋光性，致使從上偏振片入射的偏振光不被旋轉(zhuǎn)，即與下偏振片的水平偏振方向垂直，因而被下偏振片吸收，無(wú)法到達(dá)反射板形成反射，所以呈現(xiàn)出黑色。據(jù)此，可將電極做成文字、數(shù)字或其它圖形形狀，通過(guò)施加電壓就可以獲得各種形態(tài)的黑色顯示。當(dāng)前第35頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.2.2LCD顯示器驅(qū)動(dòng)方式

LCD的驅(qū)動(dòng)方式一般有直接驅(qū)動(dòng)（靜態(tài)驅(qū)動(dòng)）和多極驅(qū)動(dòng)（時(shí)分割驅(qū)動(dòng)）兩種方式。采用直接驅(qū)動(dòng)的LCD電路中，顯示器件只有一個(gè)背極（即下玻璃電極基板），但每個(gè)字符段都有獨(dú)立的引腳；而多極驅(qū)動(dòng)的LCD電路中，顯示器具有多個(gè)背極，各字符段按點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)排列，這是顯示字段較多時(shí)常采用的驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng)前第36頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

現(xiàn)以較簡(jiǎn)單的直接驅(qū)動(dòng)方式為例加以說(shuō)明。圖6－9是單個(gè)字段的驅(qū)動(dòng)電路及工作波形。圖中LCD為液晶顯示字段，用2個(gè)平行相對(duì)的電極表示，當(dāng)字段上兩個(gè)電極的電壓相位相同時(shí)，兩電極的電位差為零，該字段不顯示；當(dāng)字段上兩個(gè)電極的電壓相位相反時(shí)，兩電極的電位差為單個(gè)電極電壓幅值的2倍，該字段呈現(xiàn)黑色顯示。由于直流電壓驅(qū)動(dòng)LCD會(huì)使液晶產(chǎn)生電解和電極老化，所以要采用交流電壓驅(qū)動(dòng)。一般把LCD的背極（公共端COM）連到一個(gè)異或門(mén)的輸入端X，LCD的另一極連接異或門(mén)的輸出端Z，工作時(shí)X端加上頻率固定的方波信號(hào)，當(dāng)控制端Y=“0”時(shí)，經(jīng)異或后，Z端的電壓將永遠(yuǎn)與X端相同，則LCD極板間的電位差為零，字段消隱不顯示。當(dāng)控制端Y=“1”時(shí)，Z端與X端電壓反相位，則LCD極板間呈現(xiàn)反電壓VXY，且為2倍的電壓幅值，此時(shí)字段顯示?？梢?jiàn)該字段是否顯示完全取決于控制端Y。當(dāng)前第37頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

單個(gè)字段的驅(qū)動(dòng)電路及工作波形當(dāng)前第38頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

圖6-10為段位式7段LCD的電極配置及譯碼驅(qū)動(dòng)電路，7個(gè)字段的幾何排列順序與LED的“日”字型相同。A、B、C、D為二進(jìn)制BCD碼的輸入端，譯碼器的7段輸出a、b、c、d、e、f、g引腳分別接7個(gè)字段驅(qū)動(dòng)電路的控制端Y，公共端COM接一定周期的方波信號(hào)。

當(dāng)前第39頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.2.3段位式LCD接口電路

1、硬件電路

同8段LED數(shù)碼管一樣，段位式LCD與CPU的顯示接口電路也有多種。我們?nèi)杂懻撋衔牡闹苯域?qū)動(dòng)方式，現(xiàn)以6位LCD靜態(tài)顯示電路為例。如圖6-11所示，使用單片機(jī)的一個(gè)8位并行I/O口作為譯碼驅(qū)動(dòng)以及6片BCD-7段譯碼驅(qū)動(dòng)器4056、2片4位液晶顯示驅(qū)動(dòng)器4054、1片4-16譯碼器4514和1片單穩(wěn)多諧振蕩器4047，就組成了一個(gè)完整的LCD顯示接口電路。當(dāng)前第40頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

多諧振蕩器顯示驅(qū)動(dòng)器4位鎖存、4-16

線(xiàn)譯碼器當(dāng)前第41頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)4位鎖存、4-16

線(xiàn)譯碼器CD4514當(dāng)前第42頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)CD4056當(dāng)前第43頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

2．顯示程序

設(shè)單片機(jī)內(nèi)RAM20H~25H六個(gè)單元為顯示緩沖區(qū)，每個(gè)單元字節(jié)的低4位依次存放要顯示的4位BCD碼，相應(yīng)的顯示驅(qū)動(dòng)子程序如下：

DISP：MOVR0，#20H；顯示緩沖單元首址送R0MOVR3，#00H；位選碼（左邊第1位）送R3MOVR4，#06H；位數(shù)（6位）送R4LOOP：MOVA，R3；位選碼送ASWAPA；位選碼轉(zhuǎn)為高4位MOVR2，A；保存位選碼（在高4位）MOVA，@R0；取顯示BCD碼ORLA，R2；位選碼（高4位）與BCD碼（低4位）組合ORLA，#80H；ACC·7置1MOVP1，A；輸出組合碼ANLP1，#7FH；清零P1.7位當(dāng)前第44頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

ORLP1，#80H；P1.7再置1INCR3；指向下一位顯示數(shù)INCR0；指向下一位顯示緩沖單元DJNZR4，LOOP；6位未顯示完返回RET如果需要顯示小數(shù)點(diǎn)，則要給4054送顯示小數(shù)點(diǎn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)。例如第三位要顯示小數(shù)點(diǎn)，還需加入下列程序：MOVA，#64H；高位0110將選中S6，低位0100將驅(qū)動(dòng)第三位小數(shù)點(diǎn)ORLA，#80H；ACC·7置1MOVP1，A；輸出組合碼ANLPI，#7FH；清零P1.7位ORLPI，#80H；P1.7再置1當(dāng)前第45頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.2.4點(diǎn)陣式LCD接口電路引言1、液晶模塊接線(xiàn)原理2、液晶模塊指令說(shuō)明3．軟件初始化4、應(yīng)用舉例

當(dāng)前第46頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

引言

點(diǎn)陣式LCD不但可以顯示字符，而且可以顯示各種圖形及漢字。把點(diǎn)陣式LCD與配套或選定的驅(qū)動(dòng)器、控制器集成在一起，就組成點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊，控制器的種類(lèi)很多，比如日本東芝的T6963,日立的HD61880,精工的SED1330/SED1335等?，F(xiàn)以12864點(diǎn)陣式LCD液晶顯示模塊為例加以說(shuō)明。液晶顯示模塊12864主要由行/列驅(qū)動(dòng)器及128×64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)和128個(gè)16×8點(diǎn)的ASCII字符集。可以同時(shí)顯示8×4個(gè)（16×16點(diǎn)陣）漢字和圖形顯示。它與CPU的接口連線(xiàn)可采用并行或串行兩種方式。當(dāng)前第47頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

1、液晶模塊接線(xiàn)原理

圖6-12

液晶模塊與單片機(jī)并行連接原理圖

當(dāng)前第48頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

圖6-12為液晶模塊與單片機(jī)的并行連接原理圖，表6-4為其引腳功能描述。引腳引腳名稱(chēng)電平功能描述1VSS0V電源地2VCC+5V電源正3VEE0~5V液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓，用來(lái)調(diào)整液晶顯示的對(duì)比度4RSH/LRS=“H”,表示D7-D0為顯示數(shù)據(jù)，RS=“L”,表示D7-D0為控制指令5R/WH/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到D7-D0，R/W=“L”,E=“H→L”,D7-D0數(shù)據(jù)被寫(xiě)到IR或DR6EH/L使能信號(hào)7~14D0~D7H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)

15BL_ENH/L背光源使能16BL_VDD4.2V背光源電壓當(dāng)前第49頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

2．液晶模塊指令說(shuō)明

當(dāng)前第50頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)3．軟件初始化

當(dāng)前第51頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)5．應(yīng)用舉例

液晶字符顯示的RAM地址與32個(gè)字符顯示區(qū)域有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表6-6所示，應(yīng)注意其排列類(lèi)似于隔行掃描。使用時(shí)還應(yīng)注意以下3點(diǎn)：（1）要在某一個(gè)位置顯示中文字符時(shí)，應(yīng)先設(shè)定顯示字符位置，即先設(shè)定顯示地址，再寫(xiě)入中文字符編碼。（2）顯示ASCII字符過(guò)程與顯示中文字符過(guò)程相同。不過(guò)在顯示連續(xù)字符時(shí)，只須設(shè)定一次顯示地址，由模塊自動(dòng)對(duì)地址加1指向下一個(gè)字符位置，否則，顯示的字符中將會(huì)有一個(gè)空ASCII字符位置。（3）當(dāng)字符編碼為2字節(jié)時(shí)，應(yīng)先寫(xiě)入高位字節(jié)，再寫(xiě)入低位字節(jié)。

80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH當(dāng)前第52頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)例如在第3行第1、2列顯示“液晶”兩個(gè)中文字符時(shí)，寫(xiě)入RAM的地址應(yīng)為88H,89H。具體過(guò)程如下：首先，應(yīng)根據(jù)ST7920-BIG5中文字形碼(不同的液晶模塊采用的字庫(kù)編碼可能不同，如有的使用ST7920-GB簡(jiǎn)體中文字型)，查找“液”字的編碼為“B247”,“晶”字的編碼為“B4B9”.在進(jìn)行了軟件初始化后，其軟件編程步驟如下：步驟1:令RS，R/W為低電平；(表示后面送入的內(nèi)容是指令)步驟2:送88H到D7-D0；(設(shè)定顯示的位置，第三行第一列)步驟3:令RS為高電平，R/W為低電平；（表示后面送入的內(nèi)容是數(shù)據(jù)）步驟4:送B2H到D7-D0;（先送高位字節(jié)）步驟5:送47H到D7-D0;（后送低位字節(jié)，顯示“液”字）步驟6:令RS，R/W為低電平；(表示后面送入的內(nèi)容是指令)步驟7:送89H到D7-D0；(設(shè)定顯示的位置，第三行第二列)步驟8:令RS為高電平，R/W為低電平；（表示后面送入的內(nèi)容是數(shù)據(jù)）步驟9:送B4H到D7-D0;（先送高位字節(jié)）步驟10:送B9H到D7-D0;（后送低位字節(jié)，顯示“晶”字）

當(dāng)前第53頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.3圖形顯示器引言6.3.1圖形顯示器概述6.3.2圖形顯示畫(huà)面

當(dāng)前第54頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)引言

除了小型控制裝置采用數(shù)字顯示的LED和LCD外，大中規(guī)模的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，圖形顯示器已是必不可少的一種人機(jī)界面方式，它能一目了然地展示出圖形、數(shù)據(jù)和事件等各種信息，以便操作者直觀(guān)形象地監(jiān)視和操作工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。這種方式的硬件接口技術(shù)十分成熟，其顯示器及其控制電路已成為計(jì)算機(jī)控制的一種基本配置，而軟件設(shè)計(jì)一般是借助于工控組態(tài)軟件或高級(jí)語(yǔ)言如VB、VC等來(lái)完成的。當(dāng)前第55頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.3.1圖形顯示器概述常用的圖形顯示器有兩種：CRT顯示器和TFT平面顯示器。

1、CRT顯示器

陰極射線(xiàn)管CRT（CathodRayTube）顯示器由一個(gè)圖形監(jiān)示器和相應(yīng)的控制電路組成。在工業(yè)計(jì)算機(jī)中，插入一塊VGA/TVGA圖形控制板即可實(shí)現(xiàn)功能很強(qiáng)的圖象顯示功能。目前，CRT顯示方式因其硬件技術(shù)成熟、軟件支持豐富、價(jià)格比較低廉而成為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種圖形顯示技術(shù)，可以滿(mǎn)足大部分工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的一般性需要。

當(dāng)前第56頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

它具有豐富的畫(huà)圖命令：如點(diǎn)、線(xiàn)、矩形、多邊形、圓、弧以及區(qū)域填充、拷貝、剪裁等操作。畫(huà)圖命令可直接使用X-Y坐標(biāo)，畫(huà)圖和填充的速度也大為提高，還有窗口功能等。由于智能圖形終端的價(jià)格較高，一般只用于專(zhuān)門(mén)的使用場(chǎng)合。CRT的缺點(diǎn)是體積與功耗大，易受振動(dòng)和沖擊，容易受射線(xiàn)輻射、磁場(chǎng)干擾，因此在惡劣工況下須采用特殊加固和屏蔽措施。2、TFT顯示器

近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型薄膜晶體管TFT（ThinFilmTransistor）LCD技術(shù)已開(kāi)始應(yīng)用到新型的工業(yè)控制機(jī)中。這種TFT平面顯示技術(shù)具有如下顯著的特點(diǎn)：(1)體積小，耗電省，如最薄的壁掛式機(jī)型厚度僅為5cm(2in)；(2)可靠性高，壽命長(zhǎng)，不易受振動(dòng)、沖擊和射線(xiàn)的干擾影響；(3)顯示顏色256種基色，可擴(kuò)展至25600種組合。當(dāng)前第57頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)6.3.2圖形顯示畫(huà)面引言1．總貌畫(huà)面2．分組畫(huà)面3．點(diǎn)畫(huà)面4．流程圖畫(huà)面5．趨勢(shì)曲線(xiàn)畫(huà)面6．報(bào)警顯示畫(huà)面7．操作指導(dǎo)畫(huà)面

當(dāng)前第58頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)引言

采用圖形顯示器和鍵盤(pán)作人機(jī)接口終端,可以直觀(guān)形象地監(jiān)視和操作工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。所設(shè)計(jì)出的顯示畫(huà)面，既要反映出整個(gè)生產(chǎn)的工藝流程，又要便于單元操作控制；既要有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，又要有歷史記憶功能。從而使得一臺(tái)圖形顯示終端完全替代傳統(tǒng)的儀表盤(pán)及其盤(pán)面上的調(diào)節(jié)器、指示儀、記錄儀、報(bào)警儀、模擬屏以及開(kāi)關(guān)按鈕、指示燈等。當(dāng)前第59頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

早期的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者是用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)畫(huà)面程序的，后來(lái)多采用功能強(qiáng)大的高級(jí)語(yǔ)言，現(xiàn)在的控制廠(chǎng)商陸續(xù)推出了人機(jī)對(duì)話(huà)式的系統(tǒng)組態(tài)軟件，諸如美國(guó)的Intouch、Fix和德國(guó)的Wincc，國(guó)內(nèi)的組態(tài)王、力控、MCGS和Controx等。利用這些專(zhuān)用組態(tài)軟件可以方便地組態(tài)成各種需要的顯示畫(huà)面。常用的顯示畫(huà)面有總貌畫(huà)面、分組畫(huà)面、點(diǎn)畫(huà)面、流程圖畫(huà)面、趨勢(shì)曲線(xiàn)畫(huà)面、報(bào)警顯示畫(huà)面、操作指導(dǎo)畫(huà)面等等。

當(dāng)前第60頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

當(dāng)被控量或控制回路較多時(shí)，操作員要逐個(gè)地監(jiān)視判斷各過(guò)程參數(shù)是否正常，并據(jù)此對(duì)控制回路進(jìn)行操作是很困難的。為此，在總貌顯示畫(huà)面上用顏色、閃光或音響來(lái)最大限度地顯示出多個(gè)控制回路的運(yùn)行狀態(tài)。圖6-14給出一個(gè)中央空調(diào)控制系統(tǒng)的總貌畫(huà)面，用棒狀圖表示控制回路的偏差，用小方塊指示控制回路的報(bào)警狀態(tài)，每個(gè)棒圖或方塊的顏色表示1個(gè)工位點(diǎn)（參數(shù)），一般8個(gè)工位點(diǎn)為一組，每幅畫(huà)面可顯示約40個(gè)組、320個(gè)點(diǎn)。如此，就有可能把整個(gè)大型控制系統(tǒng)的幾百個(gè)參數(shù)集中顯示在一、二個(gè)畫(huà)面上。

1．總貌畫(huà)面當(dāng)前第61頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

當(dāng)前第62頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

總貌顯示畫(huà)面中的每一組即8個(gè)工位點(diǎn)，對(duì)應(yīng)一幅分組畫(huà)面，如圖6-15所示。以棒圖或方塊方式同時(shí)顯示8個(gè)PID控制回路或開(kāi)關(guān)狀態(tài)；用數(shù)字、光柱表示被控量PV、給定值SP、偏差量DV和控制量OUT；用文字表示回路的的工位號(hào)或名稱(chēng)以及運(yùn)行狀態(tài)，如自動(dòng)AUT、手動(dòng)MAN、串級(jí)CAS等。在分組畫(huà)面上，操作員可對(duì)控制回路進(jìn)行必要的操作，如改變SP、OUT、AUT、MAN等。此時(shí)，操作員可把每個(gè)顯示回路當(dāng)作一臺(tái)虛擬的儀表調(diào)節(jié)器來(lái)操作，所以分組畫(huà)面也稱(chēng)為控制畫(huà)面。2．分組畫(huà)面當(dāng)前第63頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

當(dāng)前第64頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

分組顯示畫(huà)面中的每一個(gè)工位點(diǎn)，對(duì)應(yīng)一幅點(diǎn)顯示畫(huà)面，如圖6-16所示。以棒圖、曲線(xiàn)、文字三種方式顯示該P(yáng)ID控制回路的各種參數(shù)，如被控量PV、給定值SP、偏差量DV和控制量OUT、比例帶P、積分時(shí)間I、微分時(shí)間D等；并用PV、SP和OUT三條趨勢(shì)曲線(xiàn)表示回路的運(yùn)行狀態(tài)。在點(diǎn)畫(huà)面上，操作員可對(duì)該P(yáng)ID控制回路的各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，所以點(diǎn)畫(huà)面也稱(chēng)單回路顯示畫(huà)面或調(diào)整畫(huà)面3．點(diǎn)畫(huà)面當(dāng)前第65頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

當(dāng)前第66頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\1點(diǎn)

原來(lái)的儀表控制系統(tǒng)的儀表盤(pán)上