《電氣測(cè)試技術(shù)第5版》 課件 5.10 LED和LCD顯示技術(shù)

02December20245.10LED和LCD顯示技術(shù)數(shù)字顯示技術(shù)是數(shù)字化儀器表必不可少的組成環(huán)節(jié)。顯示器的品種繁多，目前，常用發(fā)光二極管顯示器（LightEmittingDiode），簡(jiǎn)稱LED和液晶顯示器（LiquidCrystalDisplay），簡(jiǎn)稱LCD。LED顯示器又可分為七段字型顯示器和矩陣式顯示器。5.10.1七段LED顯示器5.10.2LCD顯示器及其接口技術(shù)02December20245.10.1七段LED顯示器LED是近似于恒壓的元件，導(dǎo)電（即發(fā)光）時(shí)的正向壓降一般約為1.6~2.4V之間，工作電流在10~20mA左右，故電路中需串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛０l(fā)光強(qiáng)度基本上與正向電流成正比。最常用的顯示器是由七段條形LED組成，見(jiàn)圖5-76。點(diǎn)亮適當(dāng)?shù)淖侄?，就可顯示出不同的數(shù)字。七段LED可接成共陰有或共陽(yáng)極形式，見(jiàn)圖5-76。圖a為共陰接法，公共陰極接地，當(dāng)各段陽(yáng)極上的電平為“1”時(shí)，該段點(diǎn)亮，電平為“0”時(shí)，該段熄滅。圖b為共陽(yáng)極接法，公共陽(yáng)極接+5V，當(dāng)各段陰極上的電平為“0”時(shí)，該段就點(diǎn)亮，電平為“1”時(shí)，該段就熄滅。圖中R是限流電阻。圖c為七段LED內(nèi)段的排列。圖5-76七段LED顯示器02December2024LED顯示器的驅(qū)動(dòng)（點(diǎn)亮）形式LED顯示器的驅(qū)動(dòng)（點(diǎn)亮）形式有兩種。一種是靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法，即給欲點(diǎn)亮的LED通以恒定的電流。這種驅(qū)動(dòng)法需要有寄存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)電路等邏輯部件。當(dāng)需要顯示的位數(shù)增加時(shí)，所需邏輯部件及連線也相應(yīng)增加，成本也增加。另一種是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法，該法是給欲點(diǎn)亮的LED通以脈沖電流，此時(shí)LED的亮度是通斷的平均亮度。為保證亮度，通過(guò)LED的脈沖電流應(yīng)數(shù)倍于其額定電流值。利用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法可以減少需要的邏輯部件和連線，在智能化測(cè)控儀表中常采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法。02December20245.10.1.1靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法及其與8031接口電路圖5-77為L(zhǎng)ED與8031單片機(jī)組成4位靜態(tài)顯示接口電路。圖中顯示電路接于P1口，P1.0~P1.3輸出BCD碼，P1.4~P1.7-為位控信號(hào)。MC14513具有BCD－七段譯碼、鎖存和驅(qū)動(dòng)功能。圖5-77LED與8031四位靜態(tài)顯示接口02December2024軟件譯碼四位靜態(tài)LED顯示接口電路圖5-78軟件譯碼四位靜態(tài)LED顯示接口電路02December20245.10.1.2動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法及其與8031接口電路在動(dòng)態(tài)顯示中，所有位的段控線相應(yīng)地并聯(lián)在一起，形成段控線的多位復(fù)用，而究竟是哪一位點(diǎn)亮，由一個(gè)掃描輸出口控制，實(shí)現(xiàn)各位分時(shí)顯示方式。只要掃描頻率大于25HZ，由于人眼睛對(duì)光的滯后慣性作用，就可得到所有位同時(shí)點(diǎn)亮的效果。由于動(dòng)態(tài)顯示所加的是脈沖電流，LED的亮度正比于脈沖電流的平均值，為保證足夠的亮度，脈沖電流的幅值較大，因此需加接驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)于相同的驅(qū)動(dòng)電流，顯示頻率愈高，LED發(fā)光亮度愈強(qiáng)，CPU用于顯示的時(shí)間也愈長(zhǎng)，而CPU用于處理其它工作的時(shí)間愈短。由此可見(jiàn)，動(dòng)態(tài)顯示是犧牲CPU的時(shí)間去換取元件和能耗的減少。圖5-79硬件譯8位LED動(dòng)態(tài)顯示電路02December2024圖5-80顯示程序流程圖圖5-81軟件譯碼驅(qū)動(dòng)態(tài)LED顯示接口電路02December20245.10.2LCD顯示器及其接口技術(shù)5.10.2.1LCD顯示器的工作原理

LCD顯示器本身并不發(fā)光，只是調(diào)節(jié)光的亮度。在一定的溫度范圍內(nèi)，液晶具有流動(dòng)性、連續(xù)性和各向異性的特性。夾在兩塊導(dǎo)電玻璃電極之間的液晶，經(jīng)過(guò)一定的處理后，其內(nèi)部分子呈90°的扭曲，這種液晶具有旋光特性。當(dāng)外部線性偏振光通過(guò)液晶層時(shí)，偏振面會(huì)旋轉(zhuǎn)90°，即原來(lái)垂直方向，現(xiàn)在變?yōu)樗椒较?。?dāng)玻璃電極加上電壓后，在電場(chǎng)作用下，液晶的旋光作用消失，偏振光可直接通過(guò)。電場(chǎng)消失后，液晶又恢復(fù)旋光作用。把這樣的液晶放在一兩片偏振片之間，在玻璃電極上加以適當(dāng)?shù)碾娖剑ǜ唠娖交虻碗娖剑?，就可得到黑底白字或白底黑字的顯示形式，從而顯示出所需的字符。02December20245.10.2.2LCD顯示器的驅(qū)動(dòng)方式LCD顯示器的驅(qū)動(dòng)方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種。其驅(qū)動(dòng)方式是由LCD的電極引線的選擇方式確定，因此LCD的型號(hào)確定以后，用戶無(wú)法改變其驅(qū)動(dòng)方式，在選擇LCD顯示器時(shí)必須引起注意。由于直流電壓驅(qū)動(dòng)LCD會(huì)引起液晶和電極老化，大大地降低使用壽命，因此常采用交流電壓驅(qū)動(dòng)。02December20241.靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式靜態(tài)驅(qū)動(dòng)LCD的每一字段均要引出電極，所有公共電極BP（COM）連在一起引出，見(jiàn)圖5-82。由圖可見(jiàn)，在LCD的公共極（一般為背極BP）加恒幅值交變電壓，通過(guò)控制前極（a、b、c、d、e、f、g）的電壓變化（零電壓或2倍幅值電壓）控制LCD某段亮或滅。目前，已有許多LCD驅(qū)動(dòng)集成芯片，已將多個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，使用起來(lái)十分方便。圖5-82七段LCD顯示電路02December2024圖5-83為4位BCD-七段譯碼、鎖存、驅(qū)動(dòng)LCD顯示集成芯片ICM7211系列引腳功能，它能方便地與單片機(jī)接口。圖5-83ICM7211系列引腳功能02December2024圖5-848位LCD靜態(tài)顯示接口電路02December20242.動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式

靜態(tài)驅(qū)動(dòng)硬件電路和引線較多，成本相應(yīng)增加，僅適用于顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)可克服靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)，適用于顯示位數(shù)較多的場(chǎng)合。LCD的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)常用專門集成芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)、MC145000和MC145001為常用的一種。MC145000是主驅(qū)動(dòng)器，MC145001是從