第10章 數(shù)字信號(hào)輸入輸出接口電路

第10章

數(shù)字信號(hào)輸入/輸出接口電路10.1

開關(guān)信號(hào)的輸入/輸出方式

10.2

I/O資源及擴(kuò)展

10.3

STM8S與總線接口設(shè)備的連接10.4

簡(jiǎn)單顯示驅(qū)動(dòng)電路10.5

LED數(shù)碼管及其顯示驅(qū)動(dòng)電路10.6

LCD模塊顯示驅(qū)動(dòng)電路10.7

鍵盤電路10.8

光電耦合器件接口電路

10.9

單片機(jī)與繼電器接口電路10.10

電平轉(zhuǎn)換電路廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.1開關(guān)信號(hào)輸入/輸出方式

開關(guān)信號(hào)包括脈沖信號(hào)、電平信號(hào)。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，常采用如下幾種方式現(xiàn)實(shí)開關(guān)信號(hào)的輸入和輸出。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?1.直接解碼輸入/輸出方式

在這種方式中，直接利用CPUI/O引腳輸入/輸出開關(guān)信號(hào)，如圖10-1(a)所示。2.編碼輸入/輸出方式

在這種方式中，將若干條用途相同（均為輸入或輸出）的I/O引腳組合在一起，按二進(jìn)制編碼后輸入或輸出。例如，對(duì)于n條輸出引腳，經(jīng)過譯碼后，可以控制2n個(gè)設(shè)備；對(duì)于2n個(gè)不同時(shí)有效的輸入量，經(jīng)過編碼器與CPU連接時(shí)，也只需要n個(gè)引腳，如圖(b)所示。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?3.矩陣輸入/輸出方式

將CPUI/O引腳分成兩組，用N條引腳構(gòu)成行線，M條引腳構(gòu)成列線，行、列的交叉點(diǎn)就構(gòu)成了所需的N×M個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。顯然，所需的I/O引腳數(shù)目為N+M,而檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)達(dá)到了N×M個(gè)，如圖（C）所示?？梢?，I/O引腳的利用率較高，硬件開銷少，因此得到了廣泛應(yīng)用。

在矩陣編碼方式中，如果行線、列線均定義為輸出狀態(tài)，就可以輸出N×M個(gè)開關(guān)量；當(dāng)行、列線中有一組為輸出線，另一組為輸入線時(shí)就構(gòu)成了N×M個(gè)輸入檢測(cè)點(diǎn)，如矩陣鍵盤電路。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.2I/O資源及擴(kuò)展

通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的輸入處理和輸出控制時(shí)，必須了解以下問題：

(1)準(zhǔn)確理解CPU中各引腳的功能，確定可利用的I/O資源，并做出相對(duì)合理的使用規(guī)劃。

(2)作輸出控制信號(hào)時(shí)，必須了解CPU復(fù)位期間和復(fù)位后該引腳的狀態(tài)。MCS-51系列CPU在復(fù)位期間和復(fù)位后各I/O端口的狀態(tài)可參閱第2章有關(guān)內(nèi)容。

(3)了解I/O端口輸出級(jí)電路結(jié)構(gòu)和I/O端口的負(fù)載能力。只有了解了CPUI/O端口輸出級(jí)電路結(jié)構(gòu)和負(fù)載能力，才可能設(shè)計(jì)出原理正確、工作可靠的I/O接口電路。

(4)了解I/O端口輸出電平范圍。

(5)了解I/O端口耐壓。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

對(duì)于輸出口，當(dāng)輸出高電平時(shí)，能給負(fù)載提供的最大驅(qū)動(dòng)電流就是該輸出口高電平驅(qū)動(dòng)能力，當(dāng)輸出電流大于最大驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，上拉MOS管內(nèi)阻上的壓降將增加，VOH會(huì)下降。當(dāng)VOH小于某一數(shù)值后，后級(jí)電路會(huì)誤認(rèn)為輸入為低電平，產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤。因此，要注意輸出高電平時(shí)的負(fù)載能力。而當(dāng)輸出低電平時(shí)，輸出級(jí)飽和，負(fù)載電流倒灌。同樣，倒灌的電流也不能太大，否則會(huì)使輸出級(jí)因過流而損壞，即使沒有損壞，也會(huì)因灌電流太大，造成輸出低電平VOL上升。當(dāng)VOL大于某一數(shù)值后，后級(jí)電路同樣會(huì)誤以為輸入為高電平，產(chǎn)生錯(cuò)誤。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.2.1STM8S系統(tǒng)擴(kuò)展I/O引腳資源策略

STM8S芯片總線不開放，在STM8S中擴(kuò)展I/O引腳的原則是：（１）外部所有輸入信號(hào)直接與MCU的I/O引腳相連，以便MCU直接處理。（２）高速輸出信號(hào)直接從MCU芯片I/O引腳輸出。（３）當(dāng)I/O引腳資源緊張時(shí)，低速脈沖信號(hào)、電平信號(hào)可通過串入并出移位寄存器芯片，如一片或兩片74HC595串行輸出。（４）更換封裝。（５）必要時(shí)可考慮用另一個(gè)MCU芯片擴(kuò)展I/O引腳。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?通過串入并出芯片擴(kuò)展輸出引腳圖10-2通過串入并出芯片擴(kuò)展輸出引腳廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.2.2利用串入并出及并入串出芯片擴(kuò)展I/O口

在速度要求不高情況下，可利用74LS164、74HC594、74HC595等“串入并出”芯片擴(kuò)展輸出口；利用74LS165、74HC597等“并入串出”芯片擴(kuò)展輸入口，也是一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的I/O口擴(kuò)展方式。例10-1假設(shè)U1擴(kuò)展輸出引腳輸出的信息存放在EDATA1單元中，U2擴(kuò)展輸出引腳輸出的信息存放在EDATA1+1單元中，則將數(shù)據(jù)串行輸出到74HC595的輸出端的程序段如下：;在RAM1段定義EDATA1、EDATA2EDATA1DS.B1

;U１輸出信息EDATA2DS.B1;U2輸出信息;---I/O引腳初始化---BSETPC_DDR,#4;1,PC4引腳定義為輸出(SDI)BSETPC_CR1,#4;1,選擇推挽方式BSETPC_CR2,#4

;1,選擇高速輸出

#DefineSdiPC_ODR,#4

;1,PC4引腳定義為串行數(shù)據(jù)輸入端(SDi)BSETPC_DDR,#3;1,PC3引腳定義為輸出(SCLK)BSETPC_CR1,#3;1,選擇推挽方式BSETPC_CR2,#3

;1,選擇高速輸出#DefineSCLKPC_ODR,#3

;1,PC3引腳定義為串行移位脈沖SCLKBRESSCLK;靜態(tài)時(shí)SCLK引腳輸出低水平

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?BSETPC_DDR,#2;1,PC2引腳定義為輸出(PCLK)BSETPC_CR1,#2;1,選擇推挽方式BRESPC_CR2,#2

;0,選擇低速輸出#DefinePCLKPC_ODR,#2

;將PC2引腳定義為并行送數(shù)脈沖PCLKBRESPCLK;靜態(tài)時(shí)PCLK引腳輸出低水平;-------串行數(shù)據(jù)輸出程序段----------

LDWX,#1 ;先輸出U2芯片的引腳信息Serial_LOOP1: LDA,(EDATA1,X) ;取輸出數(shù)據(jù) MOVR03,#8 ;左移８次Serial_LOOP2: BRESSCLK ;串行移位脈沖SCLK置為低電平 RLCA ;帶進(jìn)位C循環(huán)左移，即先輸出b7位 BCCMSdi ;C送Sdi引腳(即數(shù)據(jù)送SDI引腳) NOP ;插入NOP適當(dāng)延遲 BSETSCLK

;置為高電平，形成上升沿 DECR03 JRNER03,Serial_LOOP2 DECWX JRPLSerial_LOOP1;當(dāng)X>=0時(shí)，循環(huán) BRESSCLK ;串行移位脈沖SCLK恢復(fù)為低電平狀態(tài) BSETPCLK;并行輸出鎖存脈沖PCLK置為高電平，形成上升沿 NOP ;延遲 BRESPCLK ;并行輸出鎖存脈沖PCLK恢復(fù)為低電平狀態(tài)廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.2.3利用MCU擴(kuò)展I/O不僅擴(kuò)展了I/O引腳，也擴(kuò)展了其它硬件資源；部分工作可由擴(kuò)展MCU完成，減輕了主MCU的負(fù)擔(dān)。MCU

I/O端口電平狀態(tài)可以編程設(shè)定，從面少去承擔(dān)邏輯轉(zhuǎn)換的與非門電路芯片?？墒褂肬ART、SPI接口同步串行通信方式工并行通信方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)MCU之間的信息交換。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.2.3利用MCU擴(kuò)展I/O廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.3

STM8S與總線接口設(shè)備的連接STM8S系列MCU總線不開放，當(dāng)需要與總線接口設(shè)備，如總線接口液晶模塊（LCM）相連時(shí)，可用MCU的某一個(gè)I/O引腳模擬總線接口設(shè)備的讀選通信號(hào)（/RD）以及定控制信號(hào)（/WR）?？蓪⑵渲泄δ軉我坏腎/O口作為數(shù)據(jù)總線接口。如64引腳或80引腳封裝的PG口。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-４ST8S

MCU與總線設(shè)備連接示意圖廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?;實(shí)現(xiàn)圖10-4所示連接的數(shù)據(jù)口初始化指令系列：MOVPG_CR1,#0FFH;輸出為推挽，輸入為帶上拉電阻CLRPG_CR2

;輸出時(shí)，PG口處于低速方式BRESPC_ODR,#2;輸出片選信號(hào)/CE;NOPMOVPG_DDR,#0FFH;PG定義為輸出MOVPG_CR2,#0FFH

;根據(jù)速度，選擇PG口輸出信號(hào)邊沿時(shí)間LDPG_ODR,A

;數(shù)據(jù)輸出BRESPC_ODR,#4;使寫控制信號(hào)/WR為低電平，形成/WR選通脈沖的前沿(下降沿);NOPBSETPC_ODR,#4

;使寫控制信號(hào)/WR為高電平，形成/WR選通脈沖的后沿(上降沿)BSETPC_ODR,#2

;如果是非連續(xù)寫操作，則取消片選信號(hào)/CE;---讀操作指令系列BRESPC_ODR,#2;輸出片選信號(hào)/CE;NOPCLRPG_DDR

;PG口定義為輸入CLRPG_CR2

;為０，輸入時(shí)可不理會(huì)CR2的內(nèi)容BRESPC_ODR,#3

;使選通信號(hào)/RD為低電平，形成/RD選通脈沖的前沿（下降沿）;NOPLDA,PG_IDR;從總線讀數(shù)據(jù)BSETPC_ODR,#3

;使選通信號(hào)/RD為高電平，形成/RD選通脈沖的后沿（上降沿）BSETPC_ODR,#2

;如果是非連續(xù)讀操作，則取消片選信號(hào)/RD

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.3簡(jiǎn)單顯示驅(qū)動(dòng)電路

6.3.1發(fā)光二極管

發(fā)光二極管在本質(zhì)上與普通二極管差別不大，也是一個(gè)PN結(jié)，同樣具有正向?qū)?，反向截止的特性。發(fā)光二極管的伏安特性曲線與普通二極管相似，如圖6-12所示(為了便于比較，圖中用虛線表示普通二極管的伏安特性曲線)。圖10-5LED二極管伏安特性曲線廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

（1）

外加正向電壓小于0.9V～1.1V時(shí)，LED不導(dǎo)通；當(dāng)外加電壓大于正向閥值電壓時(shí)，LED導(dǎo)通，同時(shí)發(fā)光。顯然，LED二極管的正向?qū)妷罕绕胀ǘO管大，具體數(shù)值與LED材料有關(guān)，如表10-7所示。（2）

LED導(dǎo)通后，伏安特性曲線更陡，即LED導(dǎo)通后，內(nèi)阻更?。ㄒ虼艘渤Ｓ米鹘祲涸?，如將+5V電源降為3V電源）。

(3)LED二極管反向擊穿電壓比普通二極管低，一般在5V～10V之間。

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

LED二極管的亮度與LED材料、結(jié)構(gòu)以及工作電流有關(guān)。一般來說，工作電流越大，LED二極管的亮度也越大，但亮度與工作電流的關(guān)系因材料而異。例如GaP發(fā)光二極管，當(dāng)工作電流增加到一定數(shù)值后，電流增加，LED亮度不再增大，即出現(xiàn)亮度飽和現(xiàn)象。而GaAsP發(fā)光二極管的亮度隨電流的增大而增大，在器件因功耗增加而損壞前觀察不到亮度飽和現(xiàn)象。

LED發(fā)光二極管工作電流一般控制在2～20mA之間，最大不超過50mA，否則會(huì)損壞。而小尺寸高亮度LED工作電流控制在2～10mA范圍內(nèi)，就可獲得良好的發(fā)光效果。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

直徑在5mm以下的小尺寸高亮度LED工作電流不大，一般可直接由MCU芯片I/O引腳驅(qū)動(dòng)，如圖10-6(a)所示。對(duì)于推挽輸出引腳，采用圖10-6(b)所示的高電平有效驅(qū)動(dòng)方式似乎沒有什么不妥，但是應(yīng)該避免使用高電平有效驅(qū)動(dòng)方式，原因是空穴遷移率遠(yuǎn)低于電子遷移率，導(dǎo)致尺寸、摻雜濃度相同的P溝MOS管溝道電阻大于N溝MOS管，除非是上下兩管導(dǎo)通電阻相同(體現(xiàn)在相同驅(qū)動(dòng)電流的情況下，兩管壓降相同)。10.4.2驅(qū)動(dòng)電路廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

例如，對(duì)STM8S芯片標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)能力引腳來說，當(dāng)負(fù)載電流均為4mA時(shí)(芯片溫度為85℃)，從技術(shù)手冊(cè)查到在拉電流負(fù)載狀態(tài)下，P溝管壓降(VDD-VOH)為0.5V，而在灌電流負(fù)載狀態(tài)下，N溝管壓降(VOL)約為0.3V，管耗差0.8mW。盡管許多MCU芯片單個(gè)I/O引腳拉電流及灌電流能力均達(dá)10～20mA，驅(qū)動(dòng)小尺寸LED發(fā)光二極管似乎不是問題，但受MCU芯片散熱條件限制，同一個(gè)I/O口以及所有I/O引腳電流總和有嚴(yán)格的限制(參見2.3.7節(jié))。因此，當(dāng)灌電流或拉電流大于2mA時(shí)，建議在負(fù)載與MCU芯片之間增設(shè)驅(qū)動(dòng)器(門電路或三極管等)，如圖10-6(c)～(e)所示。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-6MCU與LED的連接方式廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

圖10-6(a)采用直接驅(qū)動(dòng)方式，I/O引腳定義為OD輸出方式，限流電阻由LED工作電流IF確定，即

其中，VF為L(zhǎng)ED二極管工作電壓，其大小與材料有關(guān)(對(duì)于紅光LED，估算限流電阻時(shí)VF一般取2.0V)；VOL為MCUI/O引腳輸出低電平時(shí)電壓，其大小與灌電流有關(guān)(此處為IF)，可從數(shù)據(jù)手冊(cè)中查到。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

圖10-6(b)也采用直接驅(qū)動(dòng)方式，I/O引腳定義為推挽輸出方式。輸出高電平時(shí)，LED發(fā)光，其限流電阻的計(jì)算與圖10-6(a)的類似。圖10-6(c)采用PNP三極管驅(qū)動(dòng)，當(dāng)Pxy引腳輸出低電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，限流電阻R1與LED內(nèi)阻(幾歐姆～幾十歐姆)構(gòu)成了集電極等效電阻RC。限流電阻R1的大小由LED二極管工作電流IF決定，即廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

其中，IC為集電極電流；VDD為電源電壓；VCES為三極管飽和壓降，一般取值在0.1～0.2V之間，具體數(shù)值與三極管種類、負(fù)載電流IF有關(guān)。當(dāng)VDD為5V，VF取2.0V，VCES取0.2V，IF取4mA時(shí)，限流電阻R1大致為680Ω。當(dāng)Pxy引腳輸出高電平時(shí)，三極管截止，LED不亮。值得注意的是，為使LED工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)管處于飽和狀態(tài)，發(fā)光二極管LED不宜串在發(fā)射極。圖10-6(d)～(e)采用集電極開路輸出(OC門)的集成驅(qū)動(dòng)器，如7407(同相驅(qū)動(dòng))、7406(反相驅(qū)動(dòng))、74HC05(工作電流在3mA以內(nèi))，限流電阻的計(jì)算方法與圖10-6(a)相同。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.4.3LED發(fā)光二極管顯示狀態(tài)及同步

一般來說，單個(gè)LED有“亮”、“滅”兩種狀態(tài)，但在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，由于I/O引腳數(shù)量、成本等因素的限制，有時(shí)需要一只LED發(fā)光二極管顯示出更多的狀態(tài)。例如，電源監(jiān)控設(shè)備中的電源指示燈可能會(huì)用“滅”、“常亮”、“快閃”、“慢閃”四種狀態(tài)分別表示“無交流”、“交流正?！?、“過壓”、“欠壓”四種狀態(tài)。例如，帶有后備電池設(shè)備的電源指示燈也可用“滅”、“常亮”、“快閃”、“慢閃”分別表示“無交流/電池電壓正?！薄ⅰ敖涣髡?電池電壓正?！?、“交流正常/電池低壓”、“無交流/電池低壓”四種狀態(tài)。在這種情況下，要用兩位二進(jìn)制數(shù)記錄每一只LED發(fā)光二極管的狀態(tài)，如00表示滅、01表示慢閃、10表示快閃、11表示常亮。這樣一個(gè)字節(jié)的內(nèi)部RAM單元可記錄4個(gè)LED指示燈的狀態(tài)。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

當(dāng)系統(tǒng)中存在兩個(gè)或兩個(gè)以上LED發(fā)光二極管以閃爍方式表示不同的狀態(tài)時(shí)，就遇到LED顯示同步問題，否則可能出現(xiàn)甲燈亮?xí)r，乙燈滅—呈現(xiàn)類似霓虹燈的走動(dòng)顯示效應(yīng)。解決方法：快閃、慢閃時(shí)間呈倍數(shù)關(guān)系，如快閃切換時(shí)間為0.15～0.25s，慢閃切換時(shí)間可設(shè)為0.45～0.75s(2～3倍)，然后在定時(shí)中斷服務(wù)程序中設(shè)置快、慢閃切換標(biāo)志，并根據(jù)LED狀態(tài)信息關(guān)閉或打開LED指示燈。例10-2假設(shè)某系統(tǒng)存在4個(gè)具有快慢閃狀態(tài)的LED指示燈(LED1、LED2、LED3、LED4)，且分別與PC1～PC4引腳相連，如圖10-7所示。試寫出相應(yīng)的顯示驅(qū)動(dòng)程序。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-7小尺寸LED與MCU相連特例廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

分析：用LED_stu單元記錄4個(gè)LED發(fā)光二極管的狀態(tài)，其中，LED_stu[1:0]位記錄LED1狀態(tài)；LED_stu[3:2]位記錄LED2的狀態(tài)；LED_stu[5:4]位記錄LED3的狀態(tài)；LED_stu[7:6]位記錄LED4的狀態(tài)。如果主定時(shí)器每10?ms中斷一次，則在主定時(shí)器中斷服務(wù)程序中與LED發(fā)光二極管顯示有關(guān)的程序段如下：

LED_stu DS.B 1 ;在ram0段中定義LED狀態(tài)變量LED_stu

LED_SF DS.B 1 ;為方便判別，LED慢閃亮滅時(shí)間取0.48s，快閃亮滅時(shí)間取0.16s#defineLED_Faster_SBLED_SF,#0 ;

LED_SF的b0位為快閃標(biāo)志

#defineLED_low_SB LED_SF,#1 ;LED_SF的b1位為慢閃標(biāo)志

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?LEDTIME DS.B 1 ;?LED切換時(shí)間計(jì)時(shí)器LEDTIME;****I/O引腳初始化****

BSETPC_DDR,#1 ;?PC1輸出

BRESPC_CR1,#1 ;選擇OD輸出方式

#defineLED1_ConPC_ODR,#1;

;?LED1指示燈定義為L(zhǎng)ED1_ConBSETLED1_Con ;開始時(shí)引腳輸出高電平(LED1指示燈滅) ;?PC2～PC4引腳初始化指令系列(略)

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?#defineLED2_ConPC_ODR,#2 ;?LED2指示燈定義為L(zhǎng)ED2_ConBSETLED2_Con ;開始時(shí)引腳輸出高電平(LED2指示燈滅)#defineLED3_ConPC_ODR,#3 ;?LED3指示燈定義為L(zhǎng)ED3_ConBSETLED3_Con ;開始時(shí)引腳輸出高電平(LED3指示燈滅)#defineLED4_ConPC_ODR,#4 ;?LED4指示燈定義為L(zhǎng)ED4_ConBSETLED4_Con ;開始時(shí)引腳輸出高電平(LED4指示燈滅);****在主定時(shí)器中與LED顯示有關(guān)的指令系列****廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院? ;略去與LED顯示無關(guān)指令系列INCLEDTIME ;切換時(shí)間計(jì)時(shí)器加1LDA,LEDTIMECPA,#48 ;?48?×?10ms，即0.48?sJRCLED_Disp_NEXT1CLRLEDTIME

;切換時(shí)間計(jì)時(shí)器到48(48是16的3倍，且容易判別)時(shí)清0BCPLLED_low_SB ;慢閃切換標(biāo)志取反

JRTLED_Disp_NEXT2

;?48被16整除，即慢閃、快閃切換時(shí)間到同時(shí)有效LED_Disp_NEXT1:;判別當(dāng)前時(shí)間計(jì)數(shù)器是否為16的倍數(shù)

ANDA,#0FH ;僅保留低4位b3～b0JREQLED_Disp_NEXT2 ;低4位b3～b0說明當(dāng)前時(shí)間被16整除

JPLED_Disp_EXIT ;不是16的倍數(shù)，說明切換時(shí)間未到LED_Disp_NEXT2:BCPLLED_faster_SB ;快閃切換標(biāo)志取反;-------------------LED1顯示設(shè)置-----------------------

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?LDA,LED_stuANDA,#03H ;保留LED1狀態(tài)位(b1、b0)JRNELED_Disp_LED11;為00態(tài)，LED指示燈滅BSETLED1_Con ;輸出高電平，使LED1滅

JRTLED_Disp_LED14LED_Disp_LED11:

CPA,#01HJRNELED_Disp_LED12;為01態(tài)，LED指示慢閃

BTJTLED_low_SB,LED_Disp_LED121LED_Disp_LED121: ;慢閃標(biāo)志送CBCCMLED1_Con ;?C送LED1_Con引腳，控制LED1亮、滅

JRTLED_Disp_LED14LED_Disp_LED12:CPA,#02HJRNELED_Disp_LED13;為10態(tài)，LED指示快閃

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?BTJTLED_faster_SB,LED_Disp_LED131LED_Disp_LED131: ;快閃標(biāo)志送CBCCMLED1_Con ;?C送LED1_Con引腳，控制LED1亮、滅

JRTLED_Disp_LED14LED_Disp_LED13:;肯定屬于11態(tài)，LED應(yīng)常亮

BRESLED1_Con ;LED1_Con輸出低電平，使LED1常亮LED_Disp_LED14:;-------------------LED2顯示設(shè)置-----------------------LDA,LED_stuANDA,#0CH;保留LED2狀態(tài)位(b3、b2)

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?JRNELED_Disp_LED21;為00態(tài)，LED指示燈滅

BSETLED2_Con ;?LED2_Con輸出高電平，使LED2滅

JRTLED_Disp_LED24LED_Disp_LED21:CPA,#04HJRNELED_Disp_LED22;為01態(tài)，LED指示慢閃

BTJTLED_low_SB,LED_Disp_LED221廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?LED_Disp_LED221: ;慢閃標(biāo)志送CBCCMLED2_Con ;?C送LED2_Con引腳，控制LED2亮、滅

JRTLED_Disp_LED24LED_Disp_LED22:CPA,#08HJRNELED_Disp_LED23;為10態(tài)，LED指示快閃

BTJTLED_faster_SB,LED_Disp_LED231廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?LED_Disp_LED231: ;快閃標(biāo)志送CBCCMLED2_Con ;?C送LED2_Con引腳，控制LED2亮、滅

JRTLED_Disp_LED24LED_Disp_LED23:;肯定屬于11態(tài)，LED應(yīng)常亮

BRESLED2_Con ;?LED2_Con輸出低電平，使LED2常亮LED_Disp_LED24:;-------------------LED3顯示設(shè)置-----------------------LDA,LED_stuANDA,#30H ;保留LED3狀態(tài)位(b5、b4)

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?CPA,#00HJRNELED_Disp_LED31;為00態(tài)，LED指示燈滅

BSETLED3_Con ;LED3_Con輸出高電平，LED3滅

JRTLED_Disp_LED34LED_Disp_LED31:CPA,#10HJRNELED_Disp_LED32;為01態(tài)，LED指示慢閃

BTJTLED_low_SB,LED_Disp_LED321LED_Disp_LED321: ;慢閃標(biāo)志送CBCCMLED3_Con ;?C送LED3_Con引腳，控制LED3亮、滅

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?JRTLED_Disp_LED34LED_Disp_LED32:CPA,#20HJRNELED_Disp_LED33;為10態(tài)，LED指示快閃

BTJTLED_faster_SB,LED_Disp_LED331LED_Disp_LED331: ;快閃標(biāo)志送CBCCMLED3_Con ;?C送LED3_Con引腳，控制LED3亮、滅

JRTLED_Disp_LED34廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?LED_Disp_LED33:;肯定屬于11態(tài)，LED應(yīng)常亮

BRESLED3_Con ;?LED3_Con輸出低電平，使LED3常亮LED_Disp_LED34:;-------------------LED4顯示設(shè)置-----------------------LDA,LED_stuANDA,#0C0H ;保留LED4狀態(tài)位(b7、b6)CPA,#00H廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

JRNELED_Disp_LED41;為00態(tài)，LED指示燈滅

BSETLED4_Con ;輸出高電平，使LED4滅

JRTLED_Disp_LED44LED_Disp_LED41:CPA,#40HJRNELED_Disp_LED42;為01態(tài)，LED指示慢閃

BTJTLED_low_SB,LED_Disp_LED421LED_Disp_LED421: ;慢閃標(biāo)志送CBCCMLED4_Con ;?C送LED4_Con引腳，控制LED4亮、滅

JRTLED_Disp_LED44廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?LED_Disp_LED42:CPA,#80HRNELED_Disp_LED43;為10態(tài),LED指示快閃

BTJTLED_faster_SB,LED_Disp_LED431LED_Disp_LED431: ;快閃標(biāo)志送CBCCMLED4_Con ;?C送LED4_Con引腳，控制LED4亮、滅

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?JRTLED_Disp_LED44LED_Disp_LED43:;肯定屬于11態(tài)，LED應(yīng)常亮

BRESLED4_Con ;LED4_Con輸出低電平，使LED4常亮LED_Disp_LED44:LED_Disp_EXIT:IRETIRETIRETIRETIRET廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.5LED數(shù)碼管及其顯示驅(qū)動(dòng)電路

LED數(shù)碼管是單片機(jī)控制系統(tǒng)中最常用的顯示器件之一。在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用一只或數(shù)只，甚至十幾只LED數(shù)碼管，來顯示MCU的處理結(jié)果、輸入/輸出信號(hào)的狀態(tài)或大小。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.5.1LED數(shù)碼管

LED數(shù)碼管的外觀如圖10-8(a)所示，筆段及其對(duì)應(yīng)引腳排列如圖10-8(b)所示，其中，a～g段用于顯示數(shù)字或字符的筆畫；dp顯示小數(shù)點(diǎn)；而3、8引腳連通，作為公共端。一英寸以下的LED數(shù)碼管內(nèi)，每一筆段含有1只LED發(fā)光二極管，導(dǎo)通壓降為1.2～2.5V；而一英寸及以上LED數(shù)碼管的每一筆段，由多只LED發(fā)光二極管以串、并聯(lián)方式連接而成，筆段導(dǎo)通電壓與筆段內(nèi)包含的LED發(fā)光二極管的數(shù)目、連接方式有關(guān)。在串聯(lián)方式中，確定電源電壓VCC時(shí)，每只LED工作電壓通常以2.0V計(jì)算。例如，4英寸七段LED數(shù)碼顯示器LC4141的每一個(gè)筆段均由四只LED發(fā)光二極管按串聯(lián)方式連接而成，因此導(dǎo)通電壓應(yīng)在7～8V之間，電源電壓VCC必須取9V以上。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

根據(jù)LED數(shù)碼管內(nèi)各筆段LED發(fā)光二極管的連接方式，可以將LED數(shù)碼管分為共陰和共陽兩大類。在共陰LED數(shù)碼管中，所有筆段的LED發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起，如圖10-8(c)所示；而在共陽LED數(shù)碼管中，所有筆段的LED發(fā)光二極管的正極連在一起，如圖10-8(d)所示。由于共陽LED數(shù)碼管與OC、OD門驅(qū)動(dòng)器連接方便，因此在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，多用共陽LED數(shù)碼管。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-8LED數(shù)碼顯示管

LED數(shù)碼管有單體、雙體、三體等多種封裝形式。對(duì)于雙體、三體封裝形式LED數(shù)碼管，其引腳排列與筆段的對(duì)應(yīng)關(guān)系可能會(huì)因生產(chǎn)廠家的不同而不同，通過數(shù)字萬用表或指針式萬用表10k歐姆擋，就能判別出連接方式(是共陰還是共陽)及其公共端，借助外部電源與一只電阻值為1kΩ的限流電阻識(shí)別出引腳排列方式。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?10.5.2LED數(shù)碼顯示器接口電路

從LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)可以看出，點(diǎn)亮不同的筆段就可以顯示出不同的字符。例如，筆段a、b、c、d、e、f被點(diǎn)亮?xí)r，就可以顯示數(shù)字“0”；筆段a、b、c、d、g被點(diǎn)亮就顯示數(shù)字“3”。在理論上，七個(gè)筆段可以顯示128種不同的字符，扣除其中沒有意義的狀態(tài)組合后，八段LED數(shù)碼管可以顯示的字符如表10-2所示。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?表10-2八段LED數(shù)碼管可以顯示的字符廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

LED靜態(tài)顯示接口電路由筆段代碼鎖存器、筆段譯碼器(采用軟件譯碼的LED靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路不需要筆段譯碼器)、驅(qū)動(dòng)器等部分組成。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般不用七段譯碼器芯片，如74249、CD4511等構(gòu)成筆段譯碼器，而采用軟件譯碼方式，原因是軟件譯碼靈活、方便。下面介紹單片機(jī)系統(tǒng)中常用的LED靜態(tài)顯示接口電路。

(1)圖10-9所示是一位共陽LED靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路，PG口輸出筆段代碼。該電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接利用MCU的PG口輸出數(shù)據(jù)寄存器PG_ODR作筆段碼鎖存器，其缺點(diǎn)是占用了PG0～PG7八根MCUI/O引腳。

1.?LED靜態(tài)顯示接口電路廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-9直接利用MCUI/O驅(qū)動(dòng)小尺寸LED數(shù)碼管在圖10-9(a)中，LED筆段編號(hào)a～dp按順序分別接到PG0～PG7引腳，筆段碼表中的數(shù)據(jù)可直接引用表10-2中的共陽LED數(shù)碼管筆段代碼信息，驅(qū)動(dòng)程序段如下：

CLRWX

LDXL,A ;存放在累加器A中的顯示數(shù)碼送寄存器X

LDA,(LEDTAB,X) ;取出顯示數(shù)碼對(duì)應(yīng)的筆段碼LDPG_ODR,A ;筆段碼送PG口，顯示(PG口初始化為OD輸出方式)數(shù)碼信息

LEDTAB: ;筆段碼表首地址

DC.BC0H,0F9H,0A4H,. ;筆段代碼表廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

例如，顯示數(shù)字“0”時(shí)，要求a、b、c、d、e、f筆段亮，即PG0～PG5輸出低電平，PG6輸出高電平，PG7與筆段無關(guān)，規(guī)定輸出高電平，因此數(shù)字“0”的筆段代碼為C0H。同理，可以推算出其他數(shù)字或字符的筆段代碼。在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)按圖10-9(a)所示順序連接時(shí)，連線交叉多，可調(diào)整LED數(shù)碼管筆段編號(hào)與I/O引腳之間的連接關(guān)系，如選擇類似圖10-9(b)所示的連接關(guān)系。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)程序沒有變化，僅需要根據(jù)其連線關(guān)系重新構(gòu)造LED筆段碼表。可見，在MCU控制系統(tǒng)中，采用軟件譯碼方式非常靈活、方便。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

(2)當(dāng)需要驅(qū)動(dòng)兩位或以上LED數(shù)碼管時(shí)，為減少I/O引腳開銷，常用串行移位方式輸出LED數(shù)碼管的筆段碼信息，如圖10-10所示。

LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路在本質(zhì)上依然是靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)方式，用74HC595串行移位寄存器作筆段碼鎖存器。借助串行移位寄存器74HC595的級(jí)聯(lián)功能，可獲得兩位或兩位以上LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

根據(jù)74HC595串行移位規(guī)則(串行輸入端SDI接b0)，先輸出LED2的dp段碼，最后輸出LED1的a段碼。由于SPI總線可以先發(fā)送b7位(MSB)，因此，圖10-10(a)可以直接使用表10-2給出的筆段碼信息。而在圖10-10(b)中使用UART串行接口輸出筆段碼信息時(shí)，由于UART接口只能先輸出b0位(LSB)，因此不能直接使用表10-2所示筆段碼，需要按倒序方式重新編排表10-2中筆段碼信息，即b7與b0對(duì)調(diào)，b6與b1對(duì)調(diào)，b5與b2對(duì)調(diào)，b4與b3對(duì)調(diào)。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-10串行輸出LED筆段碼的靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

可見，借助74HC595芯片，通過串行輸出方式驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管方式，不僅占用MCUI/O的引腳少，且MCU散發(fā)的熱量小，系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性高。當(dāng)LED數(shù)碼管工作電流較大(5?mA以上)或驅(qū)動(dòng)電壓較高(如5V以上)時(shí)，可在74HC595與數(shù)碼管之間增加OC輸出7406(反相)、7407(同相)芯片作筆段碼驅(qū)動(dòng)器，如圖10-11所示。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-11高壓或大電流LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?在靜態(tài)顯示方式中，顯示驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)單，CPU占用率低(更新顯示內(nèi)容時(shí)，才需要輸出筆段碼信息)，但每一位LED數(shù)碼管需要一個(gè)8位鎖存器來鎖存筆段碼信息，硬件開銷大成本高，僅適用于顯示位數(shù)較少(4位以下)的場(chǎng)合。當(dāng)需要顯示的位數(shù)在4～12時(shí)，多采用“按位掃描、軟件譯碼(在單片機(jī)系統(tǒng)中一般不用硬件譯碼)的動(dòng)態(tài)顯示”方式。而當(dāng)顯示位數(shù)大于12時(shí)，可采用分組按位掃描或按筆段掃描的動(dòng)態(tài)顯示方式。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

2．LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示方式廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?2023/2/1STM8S單片機(jī)原理與應(yīng)用圖10-5為8位LED動(dòng)態(tài)顯示2003.10.10的過程。圖（a)是顯示過程，某一時(shí)刻，只有一位LED被選通顯示，其余位則是熄滅的；圖（b)是實(shí)際顯示結(jié)果，人眼看到的是8位穩(wěn)定的

同時(shí)顯示的字符。2023/2/1單片機(jī)原理與應(yīng)用PB.5PB.4PB.3PB.2PB.2PB.0PG.7PG.6PG.5PG.4PG.3PG.2PG.1PG.07406OC門X3+5VSTM8S位選線段代碼要求：此處為共陰數(shù)碼管，PG口送段代碼，PB口送位選信號(hào)。通過查表實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。條件：待顯數(shù)據(jù)(00H—09H)已放在:7FH—7AH單元中(分別對(duì)應(yīng)十萬位～個(gè)位)說明：由于用了反相驅(qū)動(dòng)器7406，要用共陽譯碼表。共陰數(shù)碼管上拉電阻×142023/2/1單片機(jī)原理與應(yīng)用7406OC門X3+5V(7FH)(7EH)(7DH)(7CH)(7BH)(7AH)十萬萬位千位百位十位個(gè)位數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/顯示緩沖區(qū)PG口送段代碼，PB口送位選信號(hào)。待顯數(shù)據(jù)已經(jīng)放在:7FH—7AH單元(分別對(duì)應(yīng)十萬位→個(gè)位)使用共陽譯碼表。

在按位掃描的動(dòng)態(tài)顯示方式中，每位LED數(shù)碼管同筆段引腳并聯(lián)在一起，共用一套筆段代碼鎖存器(由于單片機(jī)的I/O口、串行移位寄存器均具有輸出鎖存功能，因而不需要額外的筆段代碼鎖存器)、譯碼器(采用軟件譯碼時(shí)，不用譯碼器)及驅(qū)動(dòng)器。為了控制各位LED數(shù)碼管輪流工作，各顯示位的公共端與位譯碼(采用軟件譯碼時(shí)不用)、鎖存、驅(qū)動(dòng)電路相連。這樣就可以依次輸出每一個(gè)顯示位的筆段代碼和位掃描碼，輪流點(diǎn)亮各位LED數(shù)碼顯示管，實(shí)現(xiàn)按位掃描動(dòng)態(tài)顯示?？梢?，在動(dòng)態(tài)顯示方式中，僅需一套筆段代碼鎖存、譯碼(軟件譯碼除外)、驅(qū)動(dòng)器，以及一套位掃描碼鎖存、驅(qū)動(dòng)器，硬件開銷少。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

在動(dòng)態(tài)顯示方式中，各LED數(shù)碼管輪流工作，為防止出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，LED數(shù)碼管刷新頻率必須大于25Hz，即同一個(gè)LED數(shù)碼管相鄰兩次點(diǎn)亮?xí)r間間隔必須小于40ms。對(duì)于具有N個(gè)LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示電路來說，如果LED顯示器刷新頻率為f，那么刷新周期為1/f，則每一位的顯示時(shí)間為1/(f?×?N)秒。顯然，位數(shù)越多，每一位的顯示時(shí)間就越短，在驅(qū)動(dòng)電流一定的情況下，亮度就越低。正因如此，在動(dòng)態(tài)LED顯示電路中，需適當(dāng)增大驅(qū)動(dòng)電流，一般取10～20mA，以抵消因顯示時(shí)間短而引起的亮度下降現(xiàn)象。為保證一定的亮度，實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于普通亮度LED來說，在驅(qū)動(dòng)電流取30mA的情況下，每位顯示時(shí)間不能小于1ms；對(duì)于高亮度LED來說，在驅(qū)動(dòng)電流取20mA的情況下，每位顯示時(shí)間也不能小于1ms。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

在圖10-12中，使用PG口作為筆段碼鎖存器，7407作筆段碼驅(qū)動(dòng)器(由于在LED動(dòng)態(tài)顯示電路中，為獲得足夠亮度，限流電阻較小，LED瞬態(tài)電流較大，一般不能省去筆段碼驅(qū)動(dòng)器，除非LED尺寸很小，每段工作電流在3mA以下)；PB口作位掃描碼鎖存器，用中功率PNP管，如8550作位驅(qū)動(dòng)器。顯然，筆段碼、位掃描碼均采用軟件譯碼方式。

LED動(dòng)態(tài)顯示器顯示時(shí)，依次將各位筆段碼送PG口，位掃描碼送PB口，即可分時(shí)顯示所有位。就微觀來說，任意時(shí)刻只有一只LED數(shù)碼管工作，利用人眼視覺的惰性特征，只要刷新頻率不小于25Hz，宏觀上就看到所有位同時(shí)顯示，且沒有閃爍感。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

從圖10-12可以看出，在軟件譯碼的動(dòng)態(tài)LED顯示電路中，無論顯示位數(shù)有多少個(gè)，僅需一套筆段碼鎖存器與驅(qū)動(dòng)器，一套位掃描碼鎖存器與驅(qū)動(dòng)器，硬件開銷少。因此，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。另外，PB口采用OD輸出方式，低電平驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可吸收10mA的灌電流，當(dāng)PNP三極管電流放大系數(shù)β大于100時(shí)，集電極最大電流ICmax達(dá)到1A，足可以驅(qū)動(dòng)50只動(dòng)態(tài)工作電流為20mA的發(fā)光二極管。例如，基極限流電阻取3.6kΩ，基極電流IB約為1.1mA，各筆段限流電阻取200～300Ω。當(dāng)LED工作電壓VF取2.0V時(shí)，LED工作電流IF約為8.5～13mA之間。這樣的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅使用8只中功率PNP管、2片7407同相驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)程序的編寫、調(diào)試難度也不大。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-12由PB、PG口構(gòu)成的8位LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

在動(dòng)態(tài)掃描顯示方式中，一般使用定時(shí)中斷方式確定各位切換時(shí)間。由于顯示位數(shù)較多，刷新頻率取值較低，如50Hz，則一位顯示時(shí)間為1/(50?×?8)?=?2.5ms，即定時(shí)時(shí)間為2.5ms。用軟件方式完成筆段譯碼時(shí)，一般采用雙顯示緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)：顯示數(shù)碼緩沖區(qū)和筆段代碼緩沖區(qū)。當(dāng)有數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)碼緩沖區(qū)時(shí)，執(zhí)行查表操作，把顯示數(shù)碼緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)碼轉(zhuǎn)換為筆段碼并保存到筆段代碼緩沖區(qū)內(nèi)；在顯示定時(shí)中斷服務(wù)程序中，只需將筆段碼緩沖區(qū)的信息輸出到筆段代碼鎖存器中，原因是不會(huì)經(jīng)常改寫顯示的內(nèi)容。這樣就能有效地減少顯示驅(qū)動(dòng)程序的執(zhí)行時(shí)間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

圖10-12所示接口電路的顯示驅(qū)動(dòng)參考程序如下：

.LED_NO_BUFDS.B8 ;在ram1段內(nèi)定義數(shù)碼顯示緩沖區(qū)(假設(shè)低位放在低地址)

.LED_SEG_BUFDS.B 8 ;在ram1段內(nèi)定義筆段代碼緩沖區(qū)(假設(shè)低位放在低地址)

.LED_SPDS.B 1 ;在ram1段內(nèi)定義LED位掃描指針

.NDHZDS.B 1 ;在ram1段內(nèi)定義“滅0”標(biāo)志;*********定義I/O引腳輸出方式*********

MOVPB_DDR,#0FFH ;?DDR為1，PB口輸出

CLRPB_CR1 ;?CR1為0，采用OD輸出方式廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

MOVPB_ODR,#0FFH ;?PB口初始為高電平

MOVPG_DDR,#0FFH ;?DDR為1，PG口輸出

MOVPG_CR1,#0FFH ;?CR1為1，PG口采用推挽輸出方式;**********定義中斷服務(wù)程序中顯示驅(qū)動(dòng)程序*********

INCLED_SP ;

顯示指針加1

LDA,LED_SP

CPA,#8

JRCLED_DISP_NEXT1;指針不小于8，從0開始

CLRLED_SP

LED_DISP_NEXT1:

LDA,LED_SP ;取顯示指針

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?JRNELED_DISP_NEXT21;指針為0，顯示第0位

MOVPB_ODR,#11111110B ;除b0位外，其他非顯示位掃描信號(hào)為1MOVPG_ODR,{LED_SEG_BUF+0} ;第0位筆段碼信息送PG口

JRTLED_DISP_EXITLED_DISP_NEXT21:CPA,#1

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?JRNELED_DISP_NEXT22

;指針為1，顯示第1位MOVPB_ODR,#11111101B

;除b1位外，其他非顯示位掃描信號(hào)為1MOVPG_ODR,{LED_SEG_BUF+1};第1位筆段碼信息送

PG口

JRTLED_DISP_EXITLED_DISP_NEXT22:CPA,#2JRNELED_DISP_NEXT23;指針為2，顯示第2位廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

MOVPB_ODR,#11111011B

;除b2位外，其他非顯示位掃描信號(hào)為1

MOVPG_ODR,{LED_SEG_BUF+2} ;第2位筆段碼信息送PG口

JRTLED_DISP_EXITLED_DISP_NEXT23:CPA,#3JRNELED_DISP_NEXT24;指針為3，顯示第3位

MOVPB_ODR,#11110111B ;除b3位外，其他非顯示位掃描信號(hào)為1MOVPG_ODR,{LED_SEG_BUF+3} ;第3位筆段碼信息送PG口

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?JRTLED_DISP_EXITLED_DISP_NEXT24:CPA,#4JRNELED_DISP_NEXT25;指針為4，顯示第4位

MOVPB_ODR,#11101111B

;除b4位外，其他非顯示位掃描信號(hào)為1MOVPG_ODR,{LED_SEG_BUF+4} ;第4位筆段碼信息送PG口

JRTLED_DISP_EXITLED_DISP_NEXT25:CPA,#5廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?JRNELED_DISP_NEXT26;指針為5，顯示第5位

MOVPB_ODR,#11011111B ;除b5位外，其他非顯示位掃描信號(hào)為1MOVPG_ODR,{LED_SEG_BUF+5} ;第5位筆段碼信息送PG口

JRTLED_DISP_EXITLED_DISP_NEXT26:CPA,#6

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?JRNELED_DISP_NEXT27;指針為6，顯示第6位

MOVPB_ODR,#10111111B ;除b6位外，其他非顯示位掃描信號(hào)為1MOVPG_ODR,{LED_SEG_BUF+6} ;第6位筆段碼信息送PG口

JRTLED_DISP_EXIT廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?LED_DISP_NEXT27:;指針肯定為7，顯示第7位

MOVPB_ODR,#01111111B ;除b7位外，其他非顯示位掃描信號(hào)為1MOVPG_ODR,{LED_SEG_BUF+7} ;第7位筆段碼信息送PG口LED_DISP_EXIT:;顯示驅(qū)動(dòng)程序結(jié)束廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?注：為便于讀者理解LED動(dòng)態(tài)掃描顯示原理，在上述程序段中有意詳細(xì)給出了各位掃描輸出指令。程序段中帶灰色背景部分，完全可用查表指令代替，這不僅減小了代碼量，也縮短了執(zhí)行時(shí)間，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

LDA,LED_SPCLRWXLDXL,A ;顯示指針?biāo)蚗寄存器

LDA,(SCAN_TAB,X) ;查表位掃描碼表，取出對(duì)應(yīng)位的掃描碼

CPLA ;取反

;位掃描碼在累加器A中

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?LDPB_ODR,A ;位掃描碼送PB口

LDA,(LED_SEG_BUF,X) ;取對(duì)應(yīng)位筆段碼，并送PG口顯示

LDPG_ODR,ALED_DISP_EXIT:;******當(dāng)顯示信息變化時(shí)，把顯示緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)碼轉(zhuǎn)換為筆段碼，并存放在筆段碼緩沖區(qū)中*****;******(檢查高位是否為0，若是要滅0)******LED_NO_TO_Seg: ;轉(zhuǎn)換程序段

PUSHWXPUSHWYLDWX,#07 ;從最高位開始

BSETNDHZ,#0 ;“滅0”標(biāo)志預(yù)先置為有效廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?LED_Seg_LOOP1:LDA,(LED_NO_BUF,X)BTJFNDHZ,#0,LED_Seg_NEXT1;“滅0”標(biāo)志有效，說明前一位為0，要檢查當(dāng)前位是否為0，若為0，不顯示

CPA,#0JRNELED_Seg_NEXT1;當(dāng)前位內(nèi)容為0，不顯示，須送關(guān)閉碼FFH到筆段碼緩沖區(qū)

LDA,#0FFHJRTLED_Seg_NEXT2LED_Seg_NEXT1:BRESNDHZ,#0 ;“滅0”標(biāo)志無效

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?CLRWYLDYL,A ;顯示數(shù)碼送YLDA,(DISPTAB,Y) ;查表取出筆段碼信息LED_Seg_NEXT2:LD(LED_SEG_BUF,X),A ;筆段碼信息送筆段碼緩沖區(qū)

DECWX ;指針減1JRNELED_Seg_LOOP1;轉(zhuǎn)換不需要“滅0”的個(gè)位

LDA,{LED_NO_BUF+0} ;取個(gè)位數(shù)碼

CLRWY

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?LDYL,A ;顯示數(shù)碼送YLDA,(DISPTAB,Y) ;查表取出筆段碼信息LD(LED_SEG_BUF,X),A ;筆段碼信息送筆段碼緩沖區(qū)POPWYPOPWXRET廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?DISPTAB: ;七段共陽LED筆段碼(0～F)DC.B0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EHSCAN_TAB: ;位掃描碼

DC.B01H,02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

當(dāng)MCUI/O引腳資源緊張時(shí)，可采用串行移位方式輸出位掃描碼、筆段碼，如圖10-13所示。其中，U1作位掃描碼鎖存器；U2作筆段碼鎖存器，OC輸出7407芯片U4～U5作筆段碼驅(qū)動(dòng)器(74HC595芯片輸出高、低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流僅為2mA左右，而動(dòng)態(tài)顯示方式筆段電流較大，必須設(shè)置筆段碼驅(qū)動(dòng)器)；施密特輸入反相器U3可選擇：當(dāng)連線較長(zhǎng)或MCU驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，可考慮在74HC595串行移位脈沖SCLK輸入端、并行鎖存脈沖PCLK的輸入端，增加74HC14反相器，以改善移位脈沖(SCLK)與并行鎖存脈沖(PCLK)的邊沿。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-13所示電路顯示驅(qū)動(dòng)程序與圖10-12所示并行輸出方式的顯示驅(qū)動(dòng)程序基本相同，唯一區(qū)別是：位掃描碼不送PB_ODR寄存器，而是某一個(gè)RAM單元，如U1_Buffer;筆段碼不送PG_ODR寄存器，而是某一個(gè)RAM單元，如U2_Buffer。然后將位掃描碼U1_Buffer與筆段碼U2_Buffer以串行方式輸出到U1、U2芯片中。由于圖10-13所示電路中占用的MCUI/O引腳少，僅需增加2片74HC595，因此成本低廉，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。注：筆段碼信息與圖10-12的略有不同，必須根據(jù)連線關(guān)系重新構(gòu)造。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

當(dāng)LED顯示位數(shù)較多，如12位以上時(shí)，即使將顯示刷新率降到25Hz(實(shí)際上當(dāng)刷新頻率降到25Hz時(shí)，人眼已感到存在輕微的閃爍感)后，仍不能保證每位顯示時(shí)間大于1ms時(shí)，可采用按筆段掃描方式或按位分組掃描方式的動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路。在按筆段掃描方式中，不論位數(shù)多少，對(duì)于八段數(shù)碼顯示器來說，筆段引腳只有8根，即使顯示刷新頻率為50?Hz，按筆段掃描時(shí)，每一筆段顯示時(shí)間依然為1/(50?×?8)?=?2.5ms。顯示時(shí)，每次點(diǎn)亮所有位的一個(gè)筆段(即掃描信息從筆段引腳dp～a輸入)，各位同一筆段的顯示信息由位選擇電路控制，如圖10-14所示(LED數(shù)碼管為共陰連接方式)。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-13以串行方式輸出位掃描碼及筆段碼的LED動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-14按筆段掃描動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-14所示顯示驅(qū)動(dòng)電路顯示時(shí)，先將顯示數(shù)碼緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)碼轉(zhuǎn)換為筆段碼，然后將筆段碼緩沖區(qū)內(nèi)的信息轉(zhuǎn)化為位筆段顯示信息碼，如圖10-15所示。其顯示時(shí)只要將位筆段的顯示信息送位選擇口即可。圖10-15查表轉(zhuǎn)換示意圖廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?在按位分組掃描方式中，每次同時(shí)顯示各組中的一位。例如，在圖10-16所示電路中，將16個(gè)LED數(shù)碼顯示管分成兩組，其中，U6輸出第一組(1～8位)LED數(shù)碼顯示管的筆段代碼；U2輸出第二組(9～16位)LED數(shù)碼顯示管的筆段代碼。而位掃描信號(hào)由U1輸出(同時(shí)顯示兩只LED數(shù)碼管，當(dāng)兩只LED數(shù)碼管共16個(gè)筆段全亮?xí)r，所需驅(qū)動(dòng)電流較大，選擇PNP基極電阻時(shí)，必須保證PNP管飽和)。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-16按位分組掃描動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?在按位分組掃描顯示時(shí)，依次將第一組(即1～8位)筆段碼送U6，第二組(即9～16位)筆段碼送U2，然后將掃描碼送U1，這樣一次掃描將同時(shí)顯示兩位，盡管顯示的位數(shù)多了，但每一個(gè)LED數(shù)碼顯示管顯示時(shí)間并沒有縮短。顯然，在這種顯示方式中，每組需要一套筆段碼鎖存和驅(qū)動(dòng)器，硬件成本略有上升，但顯示驅(qū)動(dòng)程序與一般動(dòng)態(tài)顯示電路的相似，驅(qū)動(dòng)程序的編寫和調(diào)試相對(duì)較容易。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?

點(diǎn)陣式LED顯示驅(qū)動(dòng)多采用動(dòng)態(tài)掃描方式，由行(或列)掃描電路及信息顯示輸出電路(列或行)組成。其中，行掃描電路由行掃描信息鎖存器(可并行輸出，也可以串行輸出)、行驅(qū)動(dòng)器兩部組成(一般點(diǎn)陣LED顯示器由MCU芯片控制，不需要硬件譯碼電路)，每次掃描一行；信息顯示由列線輸出，由列鎖存器(由于列數(shù)較多，因此采用串行輸出方式可減少M(fèi)CU引腳的開銷)、列驅(qū)動(dòng)器(為保證一定的亮度，列驅(qū)動(dòng)電流IF一般取10～20mA，必須在鎖存器后加驅(qū)動(dòng)電路)組成。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?圖10-1716?×?64點(diǎn)陣LED顯示器結(jié)構(gòu)廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?為便于讀者理解點(diǎn)陣式LED顯示驅(qū)動(dòng)方式，在圖10-17中，采用串入并出數(shù)字芯片74HC595構(gòu)成行、列信息鎖存器。行驅(qū)動(dòng)器由大功率P溝MOS管組成(當(dāng)同一行上所有LED被點(diǎn)亮?xí)r，驅(qū)動(dòng)電流較大，其值為列數(shù)乘IF，因此最好采用功率MOS管驅(qū)動(dòng))。當(dāng)行掃描鎖存器輸出低電平時(shí)，PMOS管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)電壓通過MOS管源極S→漏極D施加到點(diǎn)陣式LED顯示器對(duì)應(yīng)的行線上。而當(dāng)行掃描鎖存器輸出高電平時(shí)，PMOS管截止。顯示信息由列線輸入，對(duì)于要顯示的像點(diǎn)，列鎖存器輸出高電平，經(jīng)OC輸出7406反相后，列線輸出低電平，對(duì)應(yīng)的LED導(dǎo)通。而對(duì)于非顯示像點(diǎn)，列鎖存器輸出低電平，經(jīng)OC輸出7406反相后，列線輸出高電平，對(duì)應(yīng)的LED截止。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?行掃描驅(qū)動(dòng)電路中電阻RV00～RV15的取值為20～30Ω，目的是防止MOS管柵極產(chǎn)生尖峰過沖脈沖。列驅(qū)動(dòng)電路中限流電阻RH00～RH63的計(jì)算方法為其中，VF為L(zhǎng)ED工作電壓，可按2.0V計(jì)算；|VDS|為行掃描驅(qū)動(dòng)PMOS管導(dǎo)通電壓，其值與PMOS管導(dǎo)通電阻、行驅(qū)動(dòng)電流有關(guān)；VOL為7406輸出低電平電壓，當(dāng)IF為10～20mA時(shí)，可按0.4V計(jì)算。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?根據(jù)列鎖存器的特征及其與列線的連接關(guān)系，確定LED行線上顯示點(diǎn)與鎖存器位之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而確定顯示RAM與LED屏像素的對(duì)應(yīng)關(guān)系(指屏幕行上每8個(gè)像點(diǎn)與顯示RAM是按順序還是倒序關(guān)系對(duì)應(yīng))。對(duì)于圖10-17來說，根據(jù)列鎖存器與列線的連接關(guān)系，即列鎖存器UH0的b0位對(duì)應(yīng)行線的第0個(gè)像素，b1位對(duì)應(yīng)行線的第1個(gè)像素……?b7位對(duì)應(yīng)行線的第7個(gè)像素；UH1的b0位對(duì)應(yīng)行線的第8個(gè)像素……?b7位對(duì)應(yīng)行線的第15個(gè)像素；依次類推，UH7的b7位對(duì)應(yīng)行線的第63個(gè)像素。顯然，所需顯示RAM的容量為16(行)?×?8B(每行含有64列，即8字節(jié))，共計(jì)128字節(jié)。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?可見，LED分辨率越高，所需顯示RAM的容量就越大。對(duì)于48?×?192點(diǎn)陣式LED屏來說，將需要RAM的容量為48(行)?×?24?B，即1152?B。而STM8系列MCU芯片RAM容量的最大值為6?KB，可用約4?KB作顯示RAM，能直接控制128?×?240點(diǎn)陣式LED屏。根據(jù)74HC595的串行移位時(shí)序，顯示時(shí)，先輸出同一行顯示RAM中的最后一個(gè)字節(jié)的b7位，然后輸出同一行顯示RAM中倒數(shù)第二字節(jié)的b7位，依次類推，最后輸出同一行顯示RAM中的首字節(jié)的b7位。廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?為避免閃爍，行掃描頻率取50Hz，則每隔1.25ms輸出一行，在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，顯示驅(qū)動(dòng)參考程序如下：

V_SCAN_NO.B DS.B 1 ;行掃描計(jì)數(shù)器

DISP_RAM_Buf DS.B128 ;顯示緩沖區(qū)

…… ;略去相關(guān)I/O引腳定義

#defineVPCLKPD_ODR,#1 ;定義行掃描鎖存脈沖

#defineVSCLKPD_ODR,#2 ;定義行掃描串行移位脈沖廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?#defineVSDi PD_ODR,#3 ;定義行掃描串行數(shù)據(jù)輸入引腳

#defineHPCLKPC_ODR,#4 ;定義顯示信息鎖存脈沖

#defineHSCLKPC_ODR,#5 ;定義顯示信息串行移位脈沖

#defineHSDi PC_ODR,#6 ;定義顯示信息串行數(shù)據(jù)輸入引腳;------行掃描驅(qū)動(dòng)程序---LDA,V_SCAN_NOINCA ;行掃描指針加1CPA,#16

廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?JRCV_SCAN_NEXT1;行掃描指針不小于16，指針回零

CLRAV_SCAN_NEXT1:LDV_SCAN_NO,A ;回寫行掃描指針

CLRWXLDXL,A ;行指針?biāo)图拇嫫鱔LDWX,(SCAN_TAB,X) ;通過查表取出行掃描信息

CPLWX廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院? ;取反(使顯示行輸出低電平，不顯示行輸出高電平)BRESVPCLK ;并行鎖存脈沖為低電平

MOVR11,#16V_SCAN_LOOP1:BRESVSCLK ;行串行移位脈沖為低電平

RLCWX ;先輸出b15位

BCCMVSDi ;數(shù)據(jù)送行掃描串行輸入端廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院?NOP ;根據(jù)CPU頻率，插入NOP指令延遲

BSETVSCLK ;行串行移位脈沖為高電平

DECR11JRNEV_SCAN_LOOP1BRESVSCLK ;行串行移位脈沖為低電平

BSETVPCLK ;行并行鎖存脈沖為高電平

NOPBRESVPCLK