LED數碼管顯示技術(三)

 在單片機應用系統中使用LED數碼管顯示塊構成N位LED顯示器。N位LED數碼管顯示器有N根位選線和8×N根段選線。根據顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同，段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮、暗。
 LED數碼管顯示有動態顯示與靜態顯示兩種方式。而相應地對于動態顯示按單片機輸出數據方式有并行和串行兩種，對于靜態顯示也有并行接口靜態顯示和串行接口靜態顯示。以下分別就動態顯示和靜態顯示進行分析。
 
4.1 LED數碼管動態顯示應用舉例

    在微型計算機控制系統中，常用的顯示方法有動態顯示和靜態顯示兩種。以下我來介紹動態顯示的實例。
    所謂動態顯示，就是單片機定時地對顯示模塊件進行掃描，在這種顯示方法中，顯示模塊件分時工作，每次只能有一個器件顯示。但由于人視覺的暫留現象，所以仍感覺所有的器件都在顯示。例如許多單片機的開發系統及仿真器上的6位顯示模塊都采用這類顯示方法。此種顯示的優點是使用硬件少，因而價格低。但它占用機時長，只要單片機不執行顯示程序，就立刻停止顯示。這種顯示將使計算機的開銷太大，所以，在以工業控制為主的單片機系統中應用較少。
 這種顯示方法的最大優點就是線路簡單，價格便宜，適合于大批量生產，動態顯示方法按單片機輸出數據方式有并行和串行兩種。

4.1.1 并行接口動態顯示電路及程序設計
 圖4.1所示（見附錄）為LED數碼管共陰極接法的一種并行6位動態顯示電路。在圖 4.1中用8155的PA口輸出顯示碼，PB口用來輸出位選碼。設顯示緩沖區為30～35H，則完成對8155初始化后（即03H送8155命令口FD00H）取出一位要顯示的數（即十六進制數），利用軟件譯碼的方法求出待顯示的數對
應的七段顯示碼，然后由P0口輸出。在ALE為高電平時，顯示碼被送到數據總線AD7~AD0上，當ALE下降沿時該地址被鎖存在鎖存器中，緊跟的顯示碼(數據)被送到A口的寄存器中，并從8155的A口輸出（地址為FD01H）顯示。到底哪一位數碼管顯示，主要取決于位選碼。設圖中七段數碼管為共陰接法，則被選中的位應輸出一高電位，經驅動器后，仍為高電平，因此該位被選中。若將各位從左到右依次進行顯示，每個數碼管連續顯示1ms, 顯示完最后一位數后，再重復上述過程，這樣，人們看到的就好像6位數“同時”顯示一樣的效果。
   圖4.1中的74LS07為6位驅動器，它為LED提供一定的驅動電流。由于一片74LS07只有6個驅動器，故七段數碼管需要兩片驅動器進行驅動。8155的PB口徑75452緩沖器/驅動器反向后，作為位控制信號。75452內部包括兩個緩沖器，它們各有兩個輸入端。所以，實際上是兩個雙輸入與非電路。因此需要3片75452。
完成上述顯示任務的顯示子程序編寫如下：

 DISP:  MOV    R0     ,   #30H      ；顯示緩沖區的首地址值賦給R0
        MOV    R2     ,   #20H      ；位選碼指向P0.5
 DISP1: MOV    A      ,   @R0       ；取出要顯示的數
        MOV    DPTR   ,   #SEG      ；指向換碼表首址
        MOV    A      ,   A+DPTR    ；取出顯示碼
        MOV    DPTR   ,   #0FD01H
        MOV    @DPTR  ,   A         ；輸出顯示碼到8155A口                                                                                               
 MOV    A      ,   R2        ；位邊碼賦給 A
 INC    DPTR                 ；求8155B口寄存器地址
 MOVX   @DPTR  ,   A         ；從8155 B口輸出位選碼
 ACALL  DIM                  ；延時 1ms
 MOV    A      ,   R2
 JNB    ACC.0  ,   DISP2     ；6位全顯示完了嗎？若末完則繼續顯示
 RET
    DISP2: INC     R0                  ；求下一位要顯示的數的地址
 MOV     A      ,   R2       ；求下一個位選碼
 RR      A
 MOV     R2     ,   A
 AJMP    DISP1
 DIM:    MOV     R3     ,  #7DH
 DL1:   NOP
 NOP
 DJNZ    R3      ,   DL1
 RET
SEG:      DB      3FH    ；對應于字符是0
      DB      06H    ；對應于字符是1
      DB      5BH    ；對應于字符是2        
 DB      4FH    ；對應于字符是3
 DB      6BH    ；對應于字符是4
 DB      6DH    ；對應于字符是5
 DB      7DH    ；對應于字符是6
 DB      07H    ；對應于字符是7
 DB      7FH    ；對應于字符是8
 DB      67H    ；對應于字符是9
 DB      77H    ；對應于字符是A
 DB      7CH    ；對應于字符是b
 DB      39H    ；對應于字符是c
 DB      5EH    ；對應于字符是d
 DB      79H    ；對應于字符是E
 DB      71H    ；對應于字符是F 
 在這種掃描電路中，由于每個LED數碼管的發光縮短到原來的1/N，所以每個管子的發光亮度必須為單獨工作時的N倍，其通過的電流也要增加N倍，因此，必須使用驅動器。
 
4.1.2 串行接口的動態顯示電路及程序設計
 利用8051系列單片機內部的串行接口，也可實現動態顯示及鍵盤處理。這樣不但可以節省8051的并行I/O接口，而且在大多數不用單行口的情況下，可免于（或減少）擴展接口。
    在這種方法中，串行口工作在方式0狀態，相當一個移位寄存器，其輸入/輸出都通過RXD引腳，移位脈沖則由TXD輸出。每次輸入或輸出8位數據（一個字節）。每輸出一個字節，8051的硬件即自動使SCON寄存器中的中斷標志位T1置位，通過測試TI的狀態，即可確定一個字節是否發送完畢。
 圖4.2（見附錄）所示中LED數碼管是共陰極接法且具有串行接口的6位動態顯示電路。在該圖中，74LS164是8位并行輸出串行位移寄存器。它具有兩個串行輸入端和8位并行輸出端(QA~QH)。圖中引腳9為異步清零端，當其為低電平時，可使74LS164清零(或復位)。這里因不需要復位，故將其接+5V。圖中引腳8為時鐘脈沖輸入端，其上升沿用來控制位移寄存器的狀態，因此將其與8051系列的TXD引腳相連。串行輸入端A、B具有允許和禁止的功能，例如，當A作為串行數據輸入端，B則作為禁止或允許輸入端，反之亦然。圖4.2中（見附錄），由于不需要選通，所以將A、B兩端連在一起。
 當被顯示數據從RXD串行口輸出到移位寄存器740164的輸入端A、B時，74LS164將串行數據轉換成8位并行輸出碼QA~ QH，然后經驅動器74LS07加到6位共陰極LED數碼管顯示模塊上，究竟哪一位顯示，還要由P1口各位的狀態而定。當某一位為高電平時，經75452反相后變為低電平，此時該位LED顯示，其他位均不顯示，通常用移位的方法對各數碼管進行掃描顯示。
 設顯示緩沖區地址為50H～55H，則根據上述顯示原理可寫出6位串行動態顯示程序如下：
 ORG      8000H
 DISP:    MOV    R0    ,   #50         ；R0指向顯示單元
          MOV    R1    ,   #01H        ；R1指向最右邊一位
 LOOP:    MOV    P1    ,   R1          ；送掃描位選信號
          MOV    A     ,   @R0         ；取被顯示數
          MOV    A     ,   @A+PC       ；取字形碼
          MOV    SBUF  ,   A           ；輸出顯示碼
          MOV    R3    ,   #02H        ；延時1m
 DL0:     MOV    R4    ,   #0FFH
 DL1      DJNZ   R4    ,   DL1                                                                                                                    
          DJNZ   R3    ,   DL0                                          
 INC    R0                    ；指向下一個顯示緩沖單元
 MOV    A     ,   R1          ；指向下一位數
 RL     A
 MOV    R1    ,   A
 JNB    ACC.6 ,   LOOP        ；所有位都顯示完了嗎？
 RET                          ；是，返回 
 DB   3FH ,06H ,5BH           ；對應數碼為：0  ,1  ,2  ,    
 4FH ,6BH, 6DH           ；對應數碼為：3  ,4  ,5  ,
 7DH ,07H ,7FH           ；對應數碼為：6  ,7  ,8  ,        
 67H ,77H ,7CH           ；對應數碼為：9  ,A  ,b  ,        
 39H ,5EH ,79H           ；對應數碼為：c  ,d  ,E  ,
 71H ,80H ,40H           ；對應數碼為：f  ,.  ,－ ,
 00H ,73H                ；對應數碼為：滅 , p
    
 
 這種顯示方法的最大缺點是，一旦計算機不執行顯示程序，則顯示立即停止。因此，為了維持顯示，要占用計算機很多時間。
    為了克服上述缺點，在智能化儀器及控制系統中，有時也采用硬件掃描電路，如8279就是一種能夠完成硬件掃描的接口電路。但由于8279價格昂貴，所以目前主要用在鍵盤處理上，在掃描顯示中應用非常少見。

4.2 LED數碼管靜態顯示舉例

 所謂靜態顯示，是由單片機一次輸出顯示后，就能保持該顯示結果，直到下次送新的顯示模型為止。這種顯示占用機器時間少，顯示可靠，因而在工業過程控制中得到了廣泛的應用。這種顯示方法的缺點是使用元件多，且線路比較復雜，因而成本也比較高。但是，隨著大規模集成電路的發展，目前已經研制出具有多種功能的顯示模塊件，比如說，鎖存器、驅動器和顯示模塊4位一體的顯示模塊件，用起來比較方便。
 在智能儀器及微型機控制系統中，為了使操作者隨時都能監視生產過程，用戶更喜歡采用靜態顯示電路。靜態顯示主要用于BCD碼顯示。

4.2.1并行接口靜態顯示電路及程序設計
 圖4.3（見附錄）所示LED數碼管是共陰極接法的6位BCD碼靜態顯示電路原理圖。74LS244為總線驅動器，6位數字顯示共用一組總線，每個LED顯示模塊均有一個鎖存器（74LS273），用來鎖存待顯示的數據。當被顯示的數據由MOVX指令從P0口徑74LS244傳送到各鎖存器的輸入端后，到底哪一個鎖存器選通，取決于地址譯碼器74LS138各輸出位的狀態。總線驅動器74LS244由 WR和P2.7控制，當WR和P2.7同時為低電平時，74LS244打開，將P0口上的數據傳送到各個顯示模塊的鎖存器上。在圖4.3（見附錄）所示的顯示系統中，從左到右各顯示位的地址依次為4000H,4001H,4002H,4003H,4004H,4005H。靜態顯示電路的最大優點是只要不送的數據，則顯示值就不會改變，且單片機不用像動態顯示那樣不間斷地進掃描，因而就節省了大量可觀的機器時間，適用于工業過程控制作用于智能化儀器。
 它與前面曾談到的動態顯示程序一樣，此系統BCD七段顯示碼的轉換也必須用軟件完成。設6位BCD碼顯示緩沖區首地址為40 H，并且要顯示的6位BCD碼已經存放在上述3個單元中，6位靜態顯示程序如下:
ORG    8000H
SIXP:   MOV     R0    ,  #40H          ；顯示緩沖區首地址送的R0
        MOV     43H   ,  #03H          ；設置循環次數                                                                                                                                                    
        MOV     DPTR  ,  #4000H        ；顯示地址指針送DPTR                                                                                                                                                                                                                                    
           MOV     A     ,  @0F0H
           RR      A
           RR      A
           RR      A
 RR      A
           ADD     A     ,  #11H
           MOVC    A     ,  @A+PC
           MOVX    @DPTR ,  A
           MOV     A     ,  @R0           ；取BCD低4位，送去顯示
           ANL     A     ,  #0FH
           INC     DPH
           ADD     A     ,  #08H   
           MOVC    A     ,  @A+PC
           MOVX    @DPTR ,  A
           INC     R0                     ；求下一個要顯示的BCD碼地址
           INC     DPH                    ；求顯示地址指針
 　　　　　 DJNZ    43H   ,   LOOP         ；
            RET
 SEG：DB   3FH ,06H ,5BH  ；對應數碼為：0  ,1  ,2 ,
 4FH ,6BH ,6DH             ；對應數碼為：3  ,4  ,5 ,
 7DH ,07H ,7FH             ；對應數碼為：6  ,7  ,8 ,        
 67H ,77H ,7CH             ；對應數碼為：9  ,A  ,b ,        
 39H ,5EH ,79H             ；對應數碼為：c  ,d  ,E ,
 71H ,80H ,40H             ；對應數碼為：f  ,.  ,－,
 00H,73H                   ；對應數碼為：滅  , p
 
4.2.2串行接口靜態顯示電路及程序設計
我們來設計一個采串行接口的串行靜態顯示電路，如圖4.4（見附錄）所示其中LED數碼管是共陽極接法。在該圖中，串行口仍工作于方式0。RXD作為輸出端接到移位寄存器74LS164的兩個輸入端A 和B，前一個移位寄存器的輸出端QH與下一個移位寄存器的輸入端A、相連，這樣首尾相接，直到傳送6位顯示數為止。當顯示完以后，先送出的數顯示在最右邊一位，最后送出的數顯示在最左端一位，所以在顯示緩沖區存數時要特別注意。設顯示緩沖區地址為40～45H，         ORG    9000H
SCDISP： SETB   P3.2                       ； 開放顯示模塊傳送
         MOV    R3    ,   #06H             ； 顯示位數送R3
         MOV    R0    ,   #40H             ； 顯示緩沖區首地址送R0
LOOP0：  MOV    A     ,   #R0              ； 取要顯示的數
         ADD    A     ,   #0DH
         MOVC   A     ,   @A+PC            ； 取顯示碼
         MOV    SBUF  ,   A                ； 串行口輸出字形    
         MOV    TI    ,   LOOP1            ； 判串行傳送是否結束                                                                                                                                                                                                                                                                                         
         CLR    TI
 INC    R0                         ； 判向下一個顯示緩沖單元 
         DJNA   R3    ,   LOOP0      
         RET
TABLE：  DB  0C0H , 0F9H , 0A4H    ；對應數碼為：0 , 1 , 2 ,
             0B0H , 99H  ,  92H    ；對應數碼為：3 , 4 , 5 ,
             82H  , 0F8H ,  80H    ；對應數碼為：6 , 7 , 8 ,
             90H  , 88H  ,  83H    ；對應數碼為：9 , A , b ,
            0C6H , 0A1H ,  86H    ；對應數碼為：c , d , E ,
             5EH  , 7FH  ,  0BFH   ；對應數碼為：F , . , －,
             0FFH                  ；對應數碼為：不顯示即為喑
 CLR      P3.2         ；顯示結束，關閉顯示模塊傳送     

　第五章　畢業設計總結

 經過這兩個多月來的畢業設計，我終于完成了畢業設計。使我收獲不少，通過這些畢業設計，我鞏固了已經學過的MCS-51匯編語言程序設計，并且掌握了數碼管顯示技術重要原理。使我初步理解了LED數碼管動態顯示和靜態顯示技術。動態顯示就是單片機定時地對顯示模塊件進行掃描，在這種顯示方法中，顯示模塊件分時工作，每次只能有一個器件顯示。但由于人視覺的暫留現象，所以仍感覺所有的器件都在顯示。靜態顯示是由單片機一次輸出顯示后，就能保持該顯示結果不變，直到下次送新的顯示模型為止。動態顯示占用機時長，只要單片機不執行顯示程序，就立刻停止顯示。這種顯示將使計算機的開銷太大，所以，在以工業控制為主的單片機系統中應用較少。靜態顯示占用機器時間少，顯示可靠，因而在工業過程控制中得到了廣泛的應用。這種顯示方法的缺點是使用元件多，且線路比較復雜，因而成本也比較高。
 
致　謝

　　經過這兩個多月我終于獨立完成了本論文，在此我特別感謝嚴青老師在我遇到困難的時候給予我耐心的指導和幫助。特別是嚴老師他那嚴謹的治學精神以及求真務實的工作態度，使我受益非淺，這將對我以后的工作和學習起到很好的啟發和教育作用。在此我向嚴老師深深地表示感謝。
 
 
 
參考文獻

[1] 張恢先,黃輝先等. 單片機原理及應用.　長沙：國防科技大學出版社　2003年3月 2~3
[2] 蔡美琴，張為民，沈新群，張榮娟.  北京：Mcs-51系列單片機及其應用.　高等教育出版社.　2004年1月. 6~7
 [3] 先鋒工作室. 單片機程序設計實例.　 北京：清華大學出版社.　2003年6月. 136~143

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