基于單片機控制的數(shù)碼管驅動電路

1、有不同的亮度基于單片機控制的數(shù)碼管驅動電路天津塘沽中等專業(yè)學校于德穎摘要：在單片機控制系統(tǒng)中，數(shù)碼管作為顯示器 件得到了廣泛的應用，本文介紹使用靜態(tài)和動態(tài)兩種 方法控制多個數(shù)碼管或數(shù)碼管模塊的驅動電路，利用 人類的視覺暫留現(xiàn)象，快速掃描的驅動方式，使用一 組驅動電路達到顯示多個數(shù)碼管的目的。通過對驅動 電路的分析，我們可以根據(jù)需要快速搭建硬件控制電 路，實現(xiàn)數(shù)碼管的顯示需求。關鍵詞：數(shù)碼管；靜態(tài)顯示；動態(tài)顯示通常所說的數(shù)碼管是由8個發(fā)光二極管組 成。如圖1所示，其中ag段用于顯示數(shù)字、 字符的筆畫，dp顯示小數(shù)點，而3、8引腳連接， 作為公共端。這種數(shù)碼管價格低廉，配置靈活， 與單片機接口簡單

2、，在作數(shù)字顯示時是一種經(jīng) 濟實用的方法。根據(jù)com端連接電源極性的不同，可分為 共陰極與共陽極兩種LED數(shù)碼管。這里我們只 分析com端連接到+Vcc的共陽極數(shù)碼管。由于LED數(shù)碼管為電流型器件，其工作電 流一般在520mA，為了獲得良好的發(fā)光效果， 我們控制工作電流在1015mA較為合理。使用 時把共陽極8段LED的com腳接+Vcc，然后將 每一只陰極引腳各接一個 200330歐電阻，電阻值越大，亮度越弱，電阻越小，電流越大， 亮度也越大。這里需要注意的是，不能只在com 腳接一個限流電阻，否則顯示不同數(shù)字時將會圖1共陽極7段LED數(shù)碼管 圖2使用7447譯碼器的數(shù)碼管驅動電路在單片機系統(tǒng)

3、中，如要使LED正常顯示數(shù) 字與字符，不能直接將數(shù)字送到 LED顯示器， 而是將要顯示的數(shù)字譯碼。譯碼分為硬件譯碼 與軟件譯碼兩種，硬件譯碼就是將BCD碼轉換 成7段LED數(shù)碼管的顯示字模并送到 LED數(shù) 碼管的ag，如圖2所示。而軟件譯碼，通常采 用查表法查到相應的顯示字模再送到 LED顯示 器顯示。下面我們分析軟件譯碼的驅動電路。若a連接8051輸出端口的最低位（LSB）， dp連接8051輸出端口的最高位（MSB），且希望 小數(shù)點不亮，則0至9的驅動信號如表1所示表1數(shù)字16進位數(shù)字16進位00xc050x9210xf960x8320xa470xf830xb080x8040x9990x9

4、8、數(shù)碼管靜態(tài)顯示所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示某一個字符時， 相應的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。使用靜 態(tài)顯示時，需要在每一個數(shù)碼管上添加一個鎖 存器，當需要某個數(shù)碼管顯示其他內容時，只 需要修改與其相連的鎖存器的值即可。當數(shù)碼 管處于靜態(tài)顯示方式時，所有位選線（數(shù)碼管的 公共端）連接在一起，而各個數(shù)碼管的段選線（數(shù) 碼管上各筆段的引出線）是相互分離的。圖3數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路如圖3所示，我們可以利用移位寄存器， 在移位脈沖的作用下將串行信號轉換為并行， 當全部數(shù)據(jù)都移至移位寄存器后，鎖存信號將 移位寄存器中的內容鎖到鎖存器中，并通過驅 動電路驅動發(fā)光二極管。在移位過程中鎖存器 鎖存內容不變，數(shù)碼管

5、顯示上一次輸出數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是數(shù)碼管顯示無閃爍，亮 度高，與單片機之間的連接比較簡單，例如上 圖中使用串行轉并行芯片 74LS164N作為數(shù)碼 管的驅動，軟件控制比較容易。缺點是需要的 硬件電路較多（每一個數(shù)碼管都需要一個鎖存 器），同時由于所有數(shù)碼管都處于被點亮狀態(tài)， 所以需要的電流很大，當數(shù)碼管的數(shù)量增多時， 對電源的要求也就隨之增高。所以在大部分硬 件電路設計中，很少采用靜態(tài)顯示方式。二、數(shù)碼管動態(tài)顯示所謂動態(tài)顯示，是指無論在任何時刻只有 一個數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)，每個數(shù)碼管輪流顯 示。其接口電路把所有顯示器的8個筆劃段ah 同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極com 各自獨立地受

6、I/O線控制。CPU向字段輸出口 送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形 碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于com端， 而這一端是由I/O控制的，由單片機決定何時顯 示哪一位。要使各位顯示出不同的字符，必須 采用掃描的方法。當數(shù)碼管為四個時，為了不 產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，掃描周期應在16ms內完成。為 了提高亮度，在設計電路時，可以適當降低限 流電阻值。如圖4所示，我們利用SN74LS47N進行硬 件譯碼，將單片機 P1.4P1.7送入的BCD碼轉 換為顯示字模送到數(shù)碼管的ag，在數(shù)碼管的驅 動方面使用了 SN74LS139N的譯碼輸出驅動三 極管進行數(shù)碼的位選。圖4數(shù)碼碼動態(tài)顯示電路動態(tài)顯示的優(yōu)點

7、是硬件電路簡單，由于每 個時刻只有一個數(shù)碼管被點亮，所以數(shù)碼管消 耗的電流較??；缺點是數(shù)碼管亮度不如靜態(tài)顯 示時的亮度高，如果刷新率較低，會出現(xiàn)閃爍 現(xiàn)象；如果數(shù)碼管直接與單片機連接，軟件控 制上會比較麻煩。三、使用專用芯片的動態(tài)顯示在動態(tài)顯示時，如果將數(shù)碼管直接與單片 機連接除了硬件電路簡單外，似乎并沒有太多 的優(yōu)點。但是我們選用專用的數(shù)碼管顯示驅動 芯片時，其優(yōu)點就顯現(xiàn)出來了。目前常風的數(shù) 碼管顯示芯片有 8279、MAX7219、HD7279、 CH451等，這些芯片的主要特點是：數(shù)碼管的 顯示全都采用動態(tài)掃描的方式，可以連接8個數(shù)碼管，控制方式都比較簡單。從性能價格來看，CH451是一

8、個整合了數(shù) 碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制以及 uP監(jiān)控的多 功能外圍芯片。內置RC振蕩電路，可以動態(tài)驅 動8位數(shù)碼管，具有BCD譯碼、閃爍、移位等 功能。CH451內置大電流驅動級，段電流不小于25mA，字電流不小于150mA。可選數(shù)碼管的段 與數(shù)據(jù)位相對應的不譯碼方式或者 BCD譯碼方 式。數(shù)碼管的字數(shù)據(jù)可以左移、右移、左循環(huán)、 右循環(huán)，各數(shù)碼管數(shù)字獨立閃爍控制，通過占 空比設定提供16級亮度控制。支持段電流上限 調整，可以省去所有限流電阻。掃描極限控制， 支持18個數(shù)碼管，只為有效數(shù)碼管分配掃描 時間。CH451與數(shù)碼管的連接電路圖如圖5所 示。圖5使用CH451的數(shù)碼管驅動電路在一般較為簡

9、單的系統(tǒng)中，為了降低成本, 動態(tài)顯示方案具備一定的實用性，也是目前單 片機數(shù)碼管顯示中較為常用的一種顯示方法。四、動態(tài)顯示電路的使用下面介紹一個實際使用的電路，這里顯示單 元采用四位動態(tài)顯示的7段LED數(shù)碼管，為減 少編碼時的不便，特對動態(tài)顯示部分設計了簡圖6 四位LED動態(tài)顯示單元在本單元中，LED采用四位共陽聯(lián)體數(shù)碼 管，利用芯片74LS47對BCD碼進行譯碼并驅 動數(shù)碼管的相應段，鎖存器的低四位即Q0-Q3分別接到74LS47的BCD碼輸入端；利用芯片 74LS139的譯碼輸出驅動PNP三極管Q1-Q4進 行數(shù)碼管的位選，74LS139的輸入與鎖存器的 Q4、Q5相連，由圖中可以看出數(shù)碼

10、管的小數(shù)點 段由鎖存器74LS273最高位輸出控制。鎖存器 輸入端與單片機數(shù)據(jù)總線即P0 口相連；鎖存器74LS273的CLK信號由CSO和 WR信號配合控 制有效。由此分析可知，要在某一位上顯示數(shù) 值，只需向鎖存器74LS273寫入一個相應的字 節(jié)即可，所寫入字節(jié)的定義如表 2所示，而動 態(tài)顯示單元的地址范圍即 CSO=OOOOH-仆FFH。表2 :動態(tài)顯示輸出字節(jié)定義字節(jié)7654321O意義小數(shù)點/位選待顯示數(shù)字以上分析了使用單片機控制數(shù)碼管的幾個 驅動電路。在實際使用中，我們可以根據(jù)實際 條件和需要，有選擇地使用其中的一種方法達 到設計者的設計要求。參考文獻：1 張義和.例說51單片機（C語言版）北京：人民郵 電出版社，2OO9.2 樓然苗，李光飛.51系列單