數(shù)碼管LED常用接口電路.ppt

1/37,數(shù)碼管LED常用接口電路,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(Light Emitting Diode)；液晶顯示器，簡稱LCD(Liquid Crystal Display)；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)和點陣顯示(5X 7，5X8，8X8點陣等)。 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。,3/37,LED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09、A、B、C、D、E、F及小數(shù)點“.”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,4/37,LED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510mA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,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。,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,7/37,LED顯示器的字形(段)碼表,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,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510mA。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10A； 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,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?！癈OM”是公共端，對于共陰極型它是負極，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。,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,“米”字形數(shù)碼管字形碼,11/37,1.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。,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)碼管都要單獨占用一個并行I/O口，以便單片機傳送字形碼到數(shù)碼管控制數(shù)碼管的顯示; 優(yōu)點是顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，無閃爍，占用CPU時間少。其缺點是由于數(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,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P0.0P0.3，另一個在P0.4P0.7。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,14/37,為了克服靜態(tài)顯示方式的缺點，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ag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端與單片機的I/O口相連，由單片機輸出位碼到I/O控制何時哪一位數(shù)碼管亮。,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,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，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：當顯示位數(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：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。,17/37,LED數(shù)碼管動態(tài)顯示電路,由并行口擴展接口芯片8155負責接收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,18/37,三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279,LED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行設(shè)計。,鍵盤與顯示專用芯片8279,19/37,三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279,8279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。,20/37,三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279,8279的掃描輸出線按編碼方式使用。其SL0SL2經(jīng)過74HC138譯碼，其輸出的8根選通線的Y0Y5作為鍵盤矩陣的列掃描線，而8279的8根返回線RL0RL7用作鍵盤的8根檢測線。 可以實現(xiàn)68 = 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。,21/37,三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279,LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理,(1)工作方式設(shè)置命令控制字,格式： 000 D1D0K2K1K0 000: 該命令控制字的標志符 D1D0: 顯示方式控制位 K2K1K0 鍵盤方式控制位,22/37,三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279,LED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： 001 P4P3P2P1P0 001: 改命令控制字的標志符 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。,23/37,三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279,LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理,(3)讀取鍵值命令控制字,格式： 010 AIA2A1A0 010: 該命令控制字的標志符 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，可以得到當前的鍵值。,24/37,三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279,LED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：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；N鍵巡回策略，將N個有效按下的鍵的鍵值，按發(fā)現(xiàn)的順序依次送入FIFO鍵值緩沖器。,25/37,三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279,LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理,8279與8051間的聯(lián)絡(luò)是通過中斷方式實現(xiàn)的。當8字節(jié)的FIFO鍵值緩沖器中被送入有效按鍵鍵值時，其中斷請求線IRQ變?yōu)橛行Ц唠娖剑?051讀數(shù)后變?yōu)闊o效低電平，但是如果FIFO中還有有效按下的鍵值，則再次變?yōu)橛行Ц唠娖?，直至FIFO中的全部有效鍵值被讀出為止。 當把8279的工作方式設(shè)置為傳感器方式時，它也可以用于開關(guān)量輸入的目的。每個鍵位處對應(yīng)一個被檢測的開關(guān)或開關(guān)性邏輯元件； 鍵盤去抖動及雙鍵封鎖N鍵巡回邏輯被禁止； 返回線上的開關(guān)狀態(tài)直接輸入到FIFO/傳感器RAM中對應(yīng)于掃描線編碼值相應(yīng)行的存貯單元內(nèi)。