LED数码管显示技术(三)

 在单片机应用系统中使用LED数码管显示块构成N位LED显示器。N位LED数码管显示器有N根位选线和8×N根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同，段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮、暗。
 LED数码管显示有动态显示与静态显示两种方式。而相应地对于动态显示按单片机输出数据方式有并行和串行两种，对于静态显示也有并行接口静态显示和串行接口静态显示。以下分别就动态显示和静态显示进行分析。
 
4.1 LED数码管动态显示应用举例

    在微型计算机控制系统中，常用的显示方法有动态显示和静态显示两种。以下我来介绍动态显示的实例。
    所谓动态显示，就是单片机定时地对显示模块件进行扫描，在这种显示方法中，显示模块件分时工作，每次只能有一个器件显示。但由于人视觉的暂留现象，所以仍感觉所有的器件都在显示。例如许多单片机的开发系统及仿真器上的6位显示模块都采用这类显示方法。此种显示的优点是使用硬件少，因而价格低。但它占用机时长，只要单片机不执行显示程序，就立刻停止显示。这种显示将使计算机的开销太大，所以，在以工业控制为主的单片机系统中应用较少。
 这种显示方法的最大优点就是线路简单，价格便宜，适合于大批量生产，动态显示方法按单片机输出数据方式有并行和串行两种。

4.1.1 并行接口动态显示电路及程序设计
 图4.1所示（见附录）为LED数码管共阴极接法的一种并行6位动态显示电路。在图 4.1中用8155的PA口输出显示码，PB口用来输出位选码。设显示缓冲区为30～35H，则完成对8155初始化后（即03H送8155命令口FD00H）取出一位要显示的数（即十六进制数），利用软件译码的方法求出待显示的数对
应的七段显示码，然后由P0口输出。在ALE为高电平时，显示码被送到数据总线AD7~AD0上，当ALE下降沿时该地址被锁存在锁存器中，紧跟的显示码(数据)被送到A口的寄存器中，并从8155的A口输出（地址为FD01H）显示。到底哪一位数码管显示，主要取决于位选码。设图中七段数码管为共阴接法，则被选中的位应输出一高电位，经驱动器后，仍为高电平，因此该位被选中。若将各位从左到右依次进行显示，每个数码管连续显示1ms, 显示完最后一位数后，再重复上述过程，这样，人们看到的就好像6位数“同时”显示一样的效果。
   图4.1中的74LS07为6位驱动器，它为LED提供一定的驱动电流。由于一片74LS07只有6个驱动器，故七段数码管需要两片驱动器进行驱动。8155的PB口径75452缓冲器/驱动器反向后，作为位控制信号。75452内部包括两个缓冲器，它们各有两个输入端。所以，实际上是两个双输入与非电路。因此需要3片75452。
完成上述显示任务的显示子程序编写如下：

 DISP:  MOV    R0     ,   #30H      ；显示缓冲区的首地址值赋给R0
        MOV    R2     ,   #20H      ；位选码指向P0.5
 DISP1: MOV    A      ,   @R0       ；取出要显示的数
        MOV    DPTR   ,   #SEG      ；指向换码表首址
        MOV    A      ,   A+DPTR    ；取出显示码
        MOV    DPTR   ,   #0FD01H
        MOV    @DPTR  ,   A         ；输出显示码到8155A口                                                                                               
 MOV    A      ,   R2        ；位边码赋给 A
 INC    DPTR                 ；求8155B口寄存器地址
 MOVX   @DPTR  ,   A         ；从8155 B口输出位选码
 ACALL  DIM                  ；延时 1ms
 MOV    A      ,   R2
 JNB    ACC.0  ,   DISP2     ；6位全显示完了吗？若末完则继续显示
 RET
    DISP2: INC     R0                  ；求下一位要显示的数的地址
 MOV     A      ,   R2       ；求下一个位选码
 RR      A
 MOV     R2     ,   A
 AJMP    DISP1
 DIM:    MOV     R3     ,  #7DH
 DL1:   NOP
 NOP
 DJNZ    R3      ,   DL1
 RET
SEG:      DB      3FH    ；对应于字符是0
      DB      06H    ；对应于字符是1
      DB      5BH    ；对应于字符是2        
 DB      4FH    ；对应于字符是3
 DB      6BH    ；对应于字符是4
 DB      6DH    ；对应于字符是5
 DB      7DH    ；对应于字符是6
 DB      07H    ；对应于字符是7
 DB      7FH    ；对应于字符是8
 DB      67H    ；对应于字符是9
 DB      77H    ；对应于字符是A
 DB      7CH    ；对应于字符是b
 DB      39H    ；对应于字符是c
 DB      5EH    ；对应于字符是d
 DB      79H    ；对应于字符是E
 DB      71H    ；对应于字符是F 
 在这种扫描电路中，由于每个LED数码管的发光缩短到原来的1/N，所以每个管子的发光亮度必须为单独工作时的N倍，其通过的电流也要增加N倍，因此，必须使用驱动器。
 
4.1.2 串行接口的动态显示电路及程序设计
 利用8051系列单片机内部的串行接口，也可实现动态显示及键盘处理。这样不但可以节省8051的并行I/O接口，而且在大多数不用单行口的情况下，可免于（或减少）扩展接口。
    在这种方法中，串行口工作在方式0状态，相当一个移位寄存器，其输入/输出都通过RXD引脚，移位脉冲则由TXD输出。每次输入或输出8位数据（一个字节）。每输出一个字节，8051的硬件即自动使SCON寄存器中的中断标志位T1置位，通过测试TI的状态，即可确定一个字节是否发送完毕。
 图4.2（见附录）所示中LED数码管是共阴极接法且具有串行接口的6位动态显示电路。在该图中，74LS164是8位并行输出串行位移寄存器。它具有两个串行输入端和8位并行输出端(QA~QH)。图中引脚9为异步清零端，当其为低电平时，可使74LS164清零(或复位)。这里因不需要复位，故将其接+5V。图中引脚8为时钟脉冲输入端，其上升沿用来控制位移寄存器的状态，因此将其与8051系列的TXD引脚相连。串行输入端A、B具有允许和禁止的功能，例如，当A作为串行数据输入端，B则作为禁止或允许输入端，反之亦然。图4.2中（见附录），由于不需要选通，所以将A、B两端连在一起。
 当被显示数据从RXD串行口输出到移位寄存器740164的输入端A、B时，74LS164将串行数据转换成8位并行输出码QA~ QH，然后经驱动器74LS07加到6位共阴极LED数码管显示模块上，究竟哪一位显示，还要由P1口各位的状态而定。当某一位为高电平时，经75452反相后变为低电平，此时该位LED显示，其他位均不显示，通常用移位的方法对各数码管进行扫描显示。
 设显示缓冲区地址为50H～55H，则根据上述显示原理可写出6位串行动态显示程序如下：
 ORG      8000H
 DISP:    MOV    R0    ,   #50         ；R0指向显示单元
          MOV    R1    ,   #01H        ；R1指向最右边一位
 LOOP:    MOV    P1    ,   R1          ；送扫描位选信号
          MOV    A     ,   @R0         ；取被显示数
          MOV    A     ,   @A+PC       ；取字形码
          MOV    SBUF  ,   A           ；输出显示码
          MOV    R3    ,   #02H        ；延时1m
 DL0:     MOV    R4    ,   #0FFH
 DL1      DJNZ   R4    ,   DL1                                                                                                                    
          DJNZ   R3    ,   DL0                                          
 INC    R0                    ；指向下一个显示缓冲单元
 MOV    A     ,   R1          ；指向下一位数
 RL     A
 MOV    R1    ,   A
 JNB    ACC.6 ,   LOOP        ；所有位都显示完了吗？
 RET                          ；是，返回 
 DB   3FH ,06H ,5BH           ；对应数码为：0  ,1  ,2  ,    
 4FH ,6BH, 6DH           ；对应数码为：3  ,4  ,5  ,
 7DH ,07H ,7FH           ；对应数码为：6  ,7  ,8  ,        
 67H ,77H ,7CH           ；对应数码为：9  ,A  ,b  ,        
 39H ,5EH ,79H           ；对应数码为：c  ,d  ,E  ,
 71H ,80H ,40H           ；对应数码为：f  ,.  ,－ ,
 00H ,73H                ；对应数码为：灭 , p
    
 
 这种显示方法的最大缺点是，一旦计算机不执行显示程序，则显示立即停止。因此，为了维持显示，要占用计算机很多时间。
    为了克服上述缺点，在智能化仪器及控制系统中，有时也采用硬件扫描电路，如8279就是一种能够完成硬件扫描的接口电路。但由于8279价格昂贵，所以目前主要用在键盘处理上，在扫描显示中应用非常少见。

4.2 LED数码管静态显示举例

 所谓静态显示，是由单片机一次输出显示后，就能保持该显示结果，直到下次送新的显示模型为止。这种显示占用机器时间少，显示可靠，因而在工业过程控制中得到了广泛的应用。这种显示方法的缺点是使用元件多，且线路比较复杂，因而成本也比较高。但是，随着大规模集成电路的发展，目前已经研制出具有多种功能的显示模块件，比如说，锁存器、驱动器和显示模块4位一体的显示模块件，用起来比较方便。
 在智能仪器及微型机控制系统中，为了使操作者随时都能监视生产过程，用户更喜欢采用静态显示电路。静态显示主要用于BCD码显示。

4.2.1并行接口静态显示电路及程序设计
 图4.3（见附录）所示LED数码管是共阴极接法的6位BCD码静态显示电路原理图。74LS244为总线驱动器，6位数字显示共用一组总线，每个LED显示模块均有一个锁存器（74LS273），用来锁存待显示的数据。当被显示的数据由MOVX指令从P0口径74LS244传送到各锁存器的输入端后，到底哪一个锁存器选通，取决于地址译码器74LS138各输出位的状态。总线驱动器74LS244由 WR和P2.7控制，当WR和P2.7同时为低电平时，74LS244打开，将P0口上的数据传送到各个显示模块的锁存器上。在图4.3（见附录）所示的显示系统中，从左到右各显示位的地址依次为4000H,4001H,4002H,4003H,4004H,4005H。静态显示电路的最大优点是只要不送的数据，则显示值就不会改变，且单片机不用像动态显示那样不间断地进扫描，因而就节省了大量可观的机器时间，适用于工业过程控制作用于智能化仪器。
 它与前面曾谈到的动态显示程序一样，此系统BCD七段显示码的转换也必须用软件完成。设6位BCD码显示缓冲区首地址为40 H，并且要显示的6位BCD码已经存放在上述3个单元中，6位静态显示程序如下:
ORG    8000H
SIXP:   MOV     R0    ,  #40H          ；显示缓冲区首地址送的R0
        MOV     43H   ,  #03H          ；设置循环次数                                                                                                                                                    
        MOV     DPTR  ,  #4000H        ；显示地址指针送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，送去显示
           ANL     A     ,  #0FH
           INC     DPH
           ADD     A     ,  #08H   
           MOVC    A     ,  @A+PC
           MOVX    @DPTR ,  A
           INC     R0                     ；求下一个要显示的BCD码地址
           INC     DPH                    ；求显示地址指针
 　　　　　 DJNZ    43H   ,   LOOP         ；
            RET
 SEG：DB   3FH ,06H ,5BH  ；对应数码为：0  ,1  ,2 ,
 4FH ,6BH ,6DH             ；对应数码为：3  ,4  ,5 ,
 7DH ,07H ,7FH             ；对应数码为：6  ,7  ,8 ,        
 67H ,77H ,7CH             ；对应数码为：9  ,A  ,b ,        
 39H ,5EH ,79H             ；对应数码为：c  ,d  ,E ,
 71H ,80H ,40H             ；对应数码为：f  ,.  ,－,
 00H,73H                   ；对应数码为：灭  , p
 
4.2.2串行接口静态显示电路及程序设计
我们来设计一个采串行接口的串行静态显示电路，如图4.4（见附录）所示其中LED数码管是共阳极接法。在该图中，串行口仍工作于方式0。RXD作为输出端接到移位寄存器74LS164的两个输入端A 和B，前一个移位寄存器的输出端QH与下一个移位寄存器的输入端A、相连，这样首尾相接，直到传送6位显示数为止。当显示完以后，先送出的数显示在最右边一位，最后送出的数显示在最左端一位，所以在显示缓冲区存数时要特别注意。设显示缓冲区地址为40～45H，         ORG    9000H
SCDISP： SETB   P3.2                       ； 开放显示模块传送
         MOV    R3    ,   #06H             ； 显示位数送R3
         MOV    R0    ,   #40H             ； 显示缓冲区首地址送R0
LOOP0：  MOV    A     ,   #R0              ； 取要显示的数
         ADD    A     ,   #0DH
         MOVC   A     ,   @A+PC            ； 取显示码
         MOV    SBUF  ,   A                ； 串行口输出字形    
         MOV    TI    ,   LOOP1            ； 判串行传送是否结束                                                                                                                                                                                                                                                                                         
         CLR    TI
 INC    R0                         ； 判向下一个显示缓冲单元 
         DJNA   R3    ,   LOOP0      
         RET
TABLE：  DB  0C0H , 0F9H , 0A4H    ；对应数码为：0 , 1 , 2 ,
             0B0H , 99H  ,  92H    ；对应数码为：3 , 4 , 5 ,
             82H  , 0F8H ,  80H    ；对应数码为：6 , 7 , 8 ,
             90H  , 88H  ,  83H    ；对应数码为：9 , A , b ,
            0C6H , 0A1H ,  86H    ；对应数码为：c , d , E ,
             5EH  , 7FH  ,  0BFH   ；对应数码为：F , . , －,
             0FFH                  ；对应数码为：不显示即为喑
 CLR      P3.2         ；显示结束，关闭显示模块传送     

　第五章　毕业设计总结

 经过这两个多月来的毕业设计，我终于完成了毕业设计。使我收获不少，通过这些毕业设计，我巩固了已经学过的MCS-51汇编语言程序设计，并且掌握了数码管显示技术重要原理。使我初步理解了LED数码管动态显示和静态显示技术。动态显示就是单片机定时地对显示模块件进行扫描，在这种显示方法中，显示模块件分时工作，每次只能有一个器件显示。但由于人视觉的暂留现象，所以仍感觉所有的器件都在显示。静态显示是由单片机一次输出显示后，就能保持该显示结果不变，直到下次送新的显示模型为止。动态显示占用机时长，只要单片机不执行显示程序，就立刻停止显示。这种显示将使计算机的开销太大，所以，在以工业控制为主的单片机系统中应用较少。静态显示占用机器时间少，显示可靠，因而在工业过程控制中得到了广泛的应用。这种显示方法的缺点是使用元件多，且线路比较复杂，因而成本也比较高。
 
致　谢

　　经过这两个多月我终于独立完成了本论文，在此我特别感谢严青老师在我遇到困难的时候给予我耐心的指导和帮助。特别是严老师他那严谨的治学精神以及求真务实的工作态度，使我受益非浅，这将对我以后的工作和学习起到很好的启发和教育作用。在此我向严老师深深地表示感谢。
 
 
 
参考文献

[1] 张恢先,黄辉先等. 单片机原理及应用.　长沙：国防科技大学出版社　2003年3月 2~3
[2] 蔡美琴，张为民，沈新群，张荣娟.  北京：Mcs-51系列单片机及其应用.　高等教育出版社.　2004年1月. 6~7
 [3] 先锋工作室. 单片机程序设计实例.　 北京：清华大学出版社.　2003年6月. 136~143

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