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(jiǎn)介,在一些只需要簡(jiǎn)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(jiǎn)稱LED(Light Emitting Diode)；液晶顯示器，簡(jiǎn)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(diǎn)陣顯示(5X 7，5X8，8X8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(yáng)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(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(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)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?lái)顯示09、A、B、C、D、E、F及小數(shù)點(diǎn)“.”等字符。 常見(jiàn)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(yáng)極(各二極管的陽(yáng)極連接在一起)兩種。 使用時(shí)，共陰極數(shù)碼管公共端接地，共陽(yáng)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(dòng)電流才能正常發(fā)光。,(b)共陰極； (c)共陽(yáng)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(yáng)極通過(guò)限流電阻接到驅(qū)動(dòng)芯片的輸出口線上，當(dāng)某個(gè)驅(qū)動(dòng)口線為高電平時(shí)，該發(fā)光二極管有電流通過(guò)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(yáng)極LED顯示器的發(fā)光二極管的公共陽(yáng)極接高電平，而陰極通過(guò)限流電阻接到驅(qū)動(dòng)芯片的輸出口線上，當(dāng)某個(gè)驅(qū)動(dòng)口線為低電平時(shí)，該發(fā)光二極管有電流通過(guò)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(guò)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(yáng)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(yáng)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(guò)5mA的平均電流，亮度就可以了，7mA電流會(huì)更亮些，10mA以上也不會(huì)再亮多少，但長(zhǎng)期運(yùn)行于10mA以上會(huì)縮短其壽命。最大電流平均值不得超過(guò)30mA； 在應(yīng)用中，通常設(shè)置為510mA。在動(dòng)態(tài)掃描顯示情況下，瞬時(shí)電流較大，但平均電流不要超過(guò)10mA； LED顯示器允許的反向電壓最大值為5V，此時(shí)的反向電流一般小于10A； 小尺寸的LED顯示器每段只有一個(gè)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(gè)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(yáng)極兩種?！癈OM”是公共端，對(duì)于共陰極型它是負(fù)極，對(duì)于共陽(yáng)極型它是正極。,“米”字型LED顯示器由15個(gè)LED字段組成，所以其字型碼為兩個(gè)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(shí)，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(duì)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(dòng)器。還有MC14493、MC14499、74LS47/48/49，國(guó)產(chǎn)的4線七段譯碼驅(qū)動(dòng)器74HC4511等。使用時(shí)請(qǐng)參閱有關(guān)器件手冊(cè)。,12/37,靜態(tài)顯示：即顯示驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(gè)并行口接一個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管的公共端按共陰極或共陽(yáng)極分別接地或接VCC; 這種接法，每個(gè)數(shù)碼管都要單獨(dú)占用一個(gè)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(wú)閃爍，占用CPU時(shí)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(dòng)態(tài)顯示兩種方式。,二、顯示原理,共陰極,13/37,每個(gè)顯示器由一個(gè)4線7段譯碼驅(qū)動(dòng)器4511驅(qū)動(dòng)。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(gè)字符的編碼，一個(gè)在P0.0P0.3，另一個(gè)在P0.4P0.7。直接以存儲(chǔ)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(gè)信號(hào)決定。兩個(gè)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(diǎn)，節(jié)省I/O口線，常常使用動(dòng)態(tài)顯示方式。 動(dòng)態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有數(shù)碼管的8個(gè)筆劃段ag和dp同名端連在一起,而每一個(gè)數(shù)碼管的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線控制。,2. 動(dòng)態(tài)顯示,二、顯示原理,LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理,LED動(dòng)態(tài)顯示方式,CPU向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管接收到相同的字形碼。哪個(gè)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(shí)哪一位數(shù)碼管亮。,15/37,動(dòng)態(tài)掃描用分時(shí)的方法輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的COM端，使各個(gè)數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮。 在需要多個(gè)字符同時(shí)顯示時(shí)，可以輪流給每一個(gè)字符通以電流，逐次把所需顯示的字符顯示出來(lái)。在每點(diǎn)亮一個(gè)顯示器之后，必須持續(xù)通電一段時(shí)間，使之發(fā)光穩(wěn)定，然后再點(diǎn)亮另一個(gè)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(shí)刻只有一個(gè)顯示器通電，但是由于人眼的視覺(jué)暫留作用和發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，看起來(lái)每個(gè)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(dòng)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(dòng)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(guò)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(dòng)態(tài)顯示,優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，采用動(dòng)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(jiǎn)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(shí)CPU要輪番掃描，占用CPU較多的時(shí)間。,動(dòng)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(dòng)態(tài)顯示方式只在CPU工作任務(wù)簡(jiǎn)單的情況下被使用。,17/37,LED數(shù)碼管動(dòng)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?gòu)钠銹B口分時(shí)送出數(shù)碼給顯示器； 由PA口分別選通數(shù)碼管，送出哪個(gè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)時(shí)，就選通那個(gè)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(duì)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(jì)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(jì)。,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(shí)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(hào)； （5）帶有8字符的鍵盤先入先出存儲(chǔ)器（FIFO）； （6）觸點(diǎn)回彈時(shí)兩鍵封鎖或N鍵巡回； （7）雙排8字或單個(gè)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(shí)、鍵盤送入時(shí)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(guò)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(cè)線。 可以實(shí)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(biāo)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(shí)鐘設(shè)置命令控制字,格式： 001 P4P3P2P1P0 001: 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(duì)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(dòng)所需的100KHz的定時(shí)信號(hào)。對(duì)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(shí)信號(hào)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(biāo)志符 AI： 自動(dòng)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(duì)8279數(shù)據(jù)口的讀操作，可以得到當(dāng)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(duì)鍵盤掃描的“去抖動(dòng)”功能和識(shí)別功能，使用100KHz的內(nèi)部定時(shí)頻率時(shí)，其去抖動(dòng)時(shí)間為10.3ms，在相距10.3ms的兩次掃描中均檢測(cè)到的按鍵，被確認(rèn)為有效按下的鍵； 對(duì)有效按下的鍵的識(shí)別算法是：,只有一個(gè)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(gè)或兩個(gè)以上的有效按下的鍵，則按兩種不同的策略來(lái)識(shí)別：兩鍵封鎖策略，只識(shí)別最先按下最后被釋放的一個(gè)鍵，或者同時(shí)按下最后釋放的一個(gè)鍵，將其鍵值送入FIFO鍵值緩沖器；N鍵巡回策略，將N個(gè)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(guò)中斷方式實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)8字節(jié)的FIFO鍵值緩沖器中被送入有效按鍵鍵值時(shí)，其中斷請(qǐng)求線IRQ變?yōu)橛行Ц唠娖剑?051讀數(shù)后變?yōu)闊o(wú)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(dāng)把8279的工作方式設(shè)置為傳感器方式時(shí)，它也可以用于開(kāi)關(guān)量輸入的目的。每個(gè)鍵位處對(duì)應(yīng)一個(gè)被檢測(cè)的開(kāi)關(guān)或開(kāi)關(guān)性邏輯元件； 鍵盤去抖動(dòng)及雙鍵封鎖N鍵巡回邏輯被禁止； 返回線上的開(kāi)關(guān)狀態(tài)直接輸入到FIFO/傳感器RAM中對(duì)應(yīng)于掃描線編碼值相應(yīng)行的存貯單元內(nèi)。