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數碼管常用接口電路第1頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五2/37數碼管

常用接口電路簡介在一些只需要簡單顯示的儀器中,常用數碼管顯示信息;類型:發光二極管顯示器,簡稱LED(LightEmittingDiode);液晶顯示器,簡稱LCD(LiquidCrystalDisplay);熒光管顯示器。LED、LCD有兩種顯示結構;段顯示(8段,“米”字型等)和點陣顯示(5X7,5X8,8X8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。第2頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五3/37LED顯示器的結構與原理一、結構種類常用的LED發光器件有兩類:段顯示(數碼管)和點陣顯示。八段LED顯示器(數碼管)系發光器件的一種;數碼管內部由七個條形發光二極管和一個小圓點發光二極管組成,根據各管的亮暗組合成字符。可用來顯示0~9、A、B、C、D、E、F及小數點“.”等字符。常見數碼管有10根管腳。其中COM為公共端;數碼管第3頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五4/37LED顯示器的結構與原理一、結構種類根據內部發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,共陰極數碼管公共端接地,共陽極數碼管公共端接電源。每段發光二極管需5~10mA的驅動電流才能正常發光。

(b)共陰極;(c)共陽極

(a)管腳排列八段LED顯示器第4頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五5/37

共陰極LED顯示器的發光二極管的公共陰極接地,而陽極通過限流電阻接到驅動芯片的輸出口線上,當某個驅動口線為高電平時,該發光二極管有電流通過而發光,相應的段被顯示。二、顯示原理LED顯示器的結構與原理

共陽極LED顯示器的發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動芯片的輸出口線上,當某個驅動口線為低電平時,該發光二極管有電流通過而發光,相應的段被顯示。第5頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五6/37根據LED顯示器的結構原理可知,通過給每段提供不同的數據,LED顯示器就能顯示出不同形狀的字符,因此,我們把數據線上的數據稱為“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。字形碼數據格式二、顯示原理LED顯示器的結構與原理第6頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五7/37LED顯示器的字形(段)碼表顯示字符字形碼顯示字符字形碼共陰極共陽極共陰極共陽極03FHC0HA77H88H106HF9HB7CH83H25BHA4HC39HC6H34FHB0HD5EHA1H466H99HE79H86H56DH92HF71H8EH67DH82H—40HBFH707HF8HP73H8CH87FH80HP.F3H0CH96FH90H熄滅00HFFH共陽極和共陰極的字段碼互為反碼。LED顯示器的結構與原理第7頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五8/37一般地,發紅光的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;在應用中,通常設置為5~10mA。在動態掃描顯示情況下,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10μA;小尺寸的LED顯示器每段只有一個發光二極管,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個發光二極管串聯,每段壓降也相應的要增大。二、顯示原理LED顯示器的結構與原理第8頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五9/37“米”字型數碼管結構與引腳圖二、顯示原理LED顯示器的結構與原理“米”字型數碼管“米”字型LED顯示器也有共陰和共陽極兩種。“COM”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。字型碼與連接方式有關,只有確定了數碼管的電路連接圖,才能根據電路連接關系確定CPU輸出的字形碼。第9頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五10/37二、顯示原理LED顯示器的結構與原理“米”字型數碼管字符共陰極共陽極字符共陰極共陽極字符共陰極共陽極0003FHFFC0HB128FHED70HP00F3HFF0CH10006HFFEDHC0039HFFC6HQ203FHDFC0H200DBHFFF9HD120FHEDF0HR20F3HDF0CH300CFHFF24HE0079HFF86HS2109HDEF6H400E6HFFl9HF0071HFF8EHT1201HEDFEH500EDHFFl2HG00BDHFF42HU003EHFFC1H600FDHFF01HH00F6HFF09HV0C30HF2CFH70007HFFF8HI1209HFDF6HW2836HD7C9H800FFHFF00HJ0C01HF3FEHX2D00HD2FFH900EFHFFl0HK3600HC9FFHY1500HEAFFH“米”字形數碼管字形碼第10頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五11/371.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。段碼表應根據硬件電路中使用的數碼管的極性和顯示字符的需要而設定。LED數碼管譯碼方法二、顯示原理LED顯示器的結構與原理2.硬件譯碼法硬件譯碼是用譯碼器把要顯示的字符轉換成顯示代碼。已有專用芯片,可把4位二進制數轉換成對應的顯示代碼。例如Motorola公司生產的MC14495就是一種CMOS型七段十六進制--BCD碼鎖存譯碼驅動器。還有MC14493、MC14499、74LS47/48/49,國產的4線七段譯碼驅動器74HC4511等。使用時請參閱有關器件手冊。第11頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五12/37靜態顯示:即顯示驅動電路具有輸出鎖存功能,單片機將所要顯示的數據送出去后,數碼管始終顯示該數據,CPU不再控制LED。到下一次顯示時,再傳送一次新的顯示數據。靜態顯示的接口電路采用一個并行口接一個數碼管,數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碼管控制數碼管的顯示;優點是顯示的數據穩定,無閃爍,占用CPU時間少。其缺點是由于數碼管始終發光,功耗比較大;LED顯示器有靜態顯示和動態顯示兩種方式。二、顯示原理共陰極第12頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五13/37每個顯示器由一個4線7段譯碼驅動器4511驅動。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的數據總線。8051一次送出兩個字符的編碼,一個在P0.0~P0.3,另一個在P0.4~P0.7。直接以存儲器寫的方式寫入到4511中。4511的選通與數據輸入鎖存電路由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據傳送、鎖存與顯示。靜態顯示LED數碼管靜態顯示電路二、顯示原理第13頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五14/37為了克服靜態顯示方式的缺點,節省I/O口線,常常使用動態顯示方式。動態掃描方法是用其接口電路把所有數碼管的8個筆劃段a~g和dp同名端連在一起,而每一個數碼管的公共極COM各自獨立地受I/O線控制。2.動態顯示二、顯示原理LED顯示器的結構與原理LED動態顯示方式CPU向字段輸出口送出字形碼時,所有數碼管接收到相同的字形碼。哪個數碼管亮,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控制何時哪一位數碼管亮。第14頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五15/37動態掃描用分時的方法輪流控制各個數碼管的COM端,使各個數碼管輪流點亮。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,必須持續通電一段時間,使之發光穩定,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,每秒可重復多次(為了不產生閃爍,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光二極管的余輝效應,看起來每個顯示器都在穩定地顯示。二、顯示原理LED顯示器的結構與原理2.動態顯示第15頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五16/37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定電流的靜態顯示器的亮度。二、顯示原理LED顯示器的結構與原理2.動態顯示優點:當顯示位數較多時,采用動態顯示方式比較節省I/O口,硬件電路也較靜態顯示簡單。缺點:其穩定度不如靜態顯示方式。而且在顯示位數較多時CPU要輪番掃描,占用CPU較多的時間。動態顯示方式雖然使用器件較少,但是CPU效率低,編程麻煩,軟件調試工作量大,使總體工作效率下降。因此,這種動態顯示方式只在CPU工作任務簡單的情況下被使用。第16頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五17/37LED數碼管動態顯示電路由并行口擴展接口芯片8155負責接收8051的命令和數據,再從其PB口分時送出數碼給顯示器;由PA口分別選通數碼管,送出哪個數碼管的數據時,就選通那個數碼管。不斷的掃描顯示,CPU就得不斷的送顯示數據與選通數據。如果CPU停止對顯示器送數,顯示器的顯示也就消失了第17頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五18/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279LED顯示器的結構與原理

在儀器電路設計中,往往將鍵盤和數碼管顯示電路綜合考慮進行設計。鍵盤與顯示專用芯片8279第18頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五19/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片82798279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字的數字顯示器;(8)可右入或左入的16字節顯示器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。

第19頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五20/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片82798279的掃描輸出線按編碼方式使用。其SL0~SL2經過74HC138譯碼,其輸出的8根選通線的Y0~Y5作為鍵盤矩陣的列掃描線,而8279的8根返回線RL0~RL7用作鍵盤的8根檢測線。可以實現6×8=48鍵的鍵盤輸入功能。在這種接口邏輯下,8279的命令/狀態口的地址為DFFFH,其數據寄存器口地址為DFFEH。第20頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五21/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279LED顯示器的結構與原理控制位值

功能D1D0008個8位字符顯示,左端輸入0116個8位字符顯示,左端輸入108個8位字符顯示,右端輸入1116個8位字符顯示,右端輸入K00SL3-SL0為編碼掃描方式1SL3-SL0為譯碼掃描方式K2K100雙鍵封鎖方式01N鍵巡回方式10傳感器陣列方式11選通輸入方式(1)工作方式設置命令控制字格式:000D1D0K2K1K0000:該命令控制字的標志符D1D0:顯示方式控制位K2K1K0鍵盤方式控制位第21頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五22/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279LED顯示器的結構與原理(2)內部時鐘設置命令控制字格式:001P4P3P2P1P0001:改命令控制字的標志符P4P3P2P1P0:CLK引腳輸入脈沖的分頻數,取值2-31。對于不同的CLK輸入脈沖頻率,適當選擇設置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,可設置P4P3P2P1P0=10100B=20D,使8279得到內部定時信號的頻率為100KHz。第22頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五23/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279LED顯示器的結構與原理(3)讀取鍵值命令控制字格式:010AI×A2A1A0010: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,設置本命令控制字之后,對8279數據口的讀操作,可以得到當前的鍵值。第23頁,共26頁,2023年,2月20日,星期五24/37三、鍵盤/顯示器專用接口芯片8279LED顯示器的結構與原理8279芯片內部具有對鍵盤掃描的“去抖動”功能和識別功能,使用100KHz的內部定時頻率時,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,則將其相應的鍵值送入FIFO鍵值緩沖存貯器,供CPU讀取;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:①兩鍵封鎖策略,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;②N鍵巡回

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