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1、人机界面及程序设计,主讲教师：傅林,电子工程系,E-mail：,主要内容,基本知识 LED显示器接口及程序设计 LCD显示器接口及程序设 键盘接口及程序设计,1.基本知识：人机界面含义,人机界面，也叫人机接口，是人和计算机进行交互的接口，具有信息输入/输出的功能；有广义和狭义之分 狭义的人机界面指供系统使用者控制输入、观察结果的接口 广义人机界面是指凡是人能够进行输入控制、观看到输出结果或效果的输入输出接口，比如球场的记分牌，不仅是给操作者看的；外控LED显示护栏灯，也不只是操作者一人才能够控制的。,实际系统中必不可少的组成：人机界面,人机界面是系统必不可少的组成部分,1.基本知识：LED显示
2、器实物,LED实物,LED参数,LED参数,发光二极管的驱动,发光二极管正常发光时，电流约为510mA，压降1V左右。,限流电阻 R=(5V-1V)/8mA=500 ,引脚输出低电平时，发光二极管导通。,LED应用领域,LED应用实例,LED应用实例,显示器应用实例效果,显示器应用实例效果,数码显示器常识,在一些只需要简单显示的仪器中，常用数码管显示信息； 类型：发光二极管显示器，简称LED(Light Emitting Diode)；液晶显示器，简称LCD(Liquid Crystal Display)；荧光管显示器。 LED、LCD有两种显示结构；段显示(8段，“米”字型等)和点阵显示(5
3、X7，5X8，8X8点阵等)。 LED示又分为固定段显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极和共阴极之分等。 三种显示器中，以荧光管显示器亮度最高，发光二极管次之，而液晶显示器最弱； 液晶显示器有带背光和不带背光之分，带背光的液晶显示器既可以在有外部光源处使用，也可以在黑暗中使用；不带背光的液晶显示器只能靠外部光源才能看清。,一般地，发红光的LED每段流过5mA的平均电流，亮度就可以了，7mA电流会更亮些，10mA以上也不会再亮多少，但长期运行于10mA以上会缩短其寿命。最大电流平均值不得超过30mA； 在应用中，通常设置为510mA。在动态扫描显示情况下，瞬时电流较大，但平均电流不要超过
4、10mA； LED显示器允许的反向电压最大值为5V，此时的反向电流一般小于10A； 小尺寸的LED显示器每段只有一个发光二极管，其正向压降约为1.5V，一般最大不大于2V。大尺寸的LED显示器每段可能由数个发光二极管串联，每段压降也相应的要增大。,LED显示器的结构与原理,LED数码显示器,LED轮廓数码管、护栏管：采用超高亮度的RGB（红绿蓝）三色LED作为发光源，在PCB电路板上按红绿蓝顺序呈直线形排列，以专用驱动芯片控制，构成变化无穷的色彩和图形。外壳采用阻燃PC塑料制作，强度高、抗冲击、抗老化、防紫外线，防尘、防潮，防护等级达IP65。利用光学原理设计，透光合理，可视角度大。例如凯鸿越
5、公司的LED护栏管具有功耗小，无热量、耐冲击，长寿命等优点。LED护栏管内置微电脑控制程序或者外接控制器，即可实现流水、渐变、跳变、追逐等多种色彩斑斓的动态效果。LED护栏管在大型灯饰工程应用中，连接电脑同步控制系统，更可显示播放文字、图案、动画、视频及各种灯光效果，体现了现代光电技术、计算机技术与灯光艺术的完美结合。LED护栏管广泛应用于桥梁、建筑物、道路、河堤、风景区、娱乐场所、广告招牌装饰等多种场合。,LED数码显示器,LED数码管特点 1、杜绝缺笔少画,发光不均,采用固体光源，不含汞； 2、解决了漏电，防损防潮，防崩灯超硬度PCB组成超长寿命； 3、改变传统灌胶模式，可拆装返修LED数
6、码管； 4、高亮发光，超低功耗，低电压（1.9V-2.1V)灯珠； 5、PCB与外壳无间隙，相扣牢固，外型美观，提升产品档次。 应用 通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。 价格便宜 使用简单 在电器 特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。,LED点阵模块,LED点阵模块概述 LED点阵模块指的是利用封装8*8的模块组合点元板形成模块，而LED模组应用中一般指两类产品：一种是用插灯或表贴封装做成的单元板，常用户外门头单红屏、户外全彩屏，室内全彩屏等；
7、另外,用做夜间装饰的发光字串也被称为LED模组。LED点阵指用封装8*8的模块，再组合成单元板，这样的单元板称为点阵点元板，一般用于室内单色，双色显示屏用。LED点阵显示模块可显示汉字、图形、动画及英文字符等；显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。单块模块控制驱动12块（最多可控制24块）8X8点阵，共16X48点阵（或32X48点阵），是单块MAX7219（或PS7219、HD7279、ZLG7289及8279等类似LED显示驱动模块）的12倍（或24倍）。可采用“级联”的方式组成任意点阵大显示屏。显示效果好，功耗小，且比采用MAX7219电路的成本更低。,LED点阵模块封装,三合
8、一表贴:就是指三个发光点封装在同一个点里面的合成。 三合一亚表贴:是指由三个方灯在一条直线上排列成一个像素，意思是说价格亚于表贴,但显示效果又和表贴的效果一样。 三合一分离表贴:是指红、绿、蓝三个发光点分开封装的,封装后又和亚表贴的一样排列成一个像素点。,LED显示器接口及程序设计,1.1 8段LED显示器接口及程序设计 1.2 米字LED段显示器接口及程序设计 1.3 LED点阵显示器接口及程序设计,返回本章首页,1.1 8段LED显示器接口,LED 8段显示器结构与原理: LED8段显示块是由发光二极管显示字段的显示器件在微机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种
9、，如图1所示。七段显示块与微机接口非常容易。如表1所示。,1.1 8段LED显示器接口,LED显示器结构与原理,LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。,（a）管脚配置 （b）共阴极 （c）共阳极 图1 七段LED显示块,e,LED显示器的结构与原理,结构种类 常用的LED发光器件有两类：段显示（数码管）和点阵显示。八段LED显示器(数码管)系发光器件的一种； 数码管内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗组合成字符。可用来显示09、A、B、C、D、E、F及小数点“.”等字符。 常见数码管有10根管脚。其中COM为公共端；,数码管,LED显示器的结构与原理,结构
10、种类 根据内部发光二极管的接线形式可分为共阴极(各二极管的阴极连接在一起)和共阳极(各二极管的阳极连接在一起)两种。 使用时，共阴极数码管公共端接地，共阳极数码管公共端接电源。每段发光二极管需510mA的驱动电流才能正常发光。,(b)共阴极； (c)共阳极,(a)管脚排列,八段LED显示器,八段显示器的原理,共阴结构,共阳结构,共阴极LED显示器的发光二极管的公共阴极接地，而阳极通过限流电阻接到驱动芯片的输出口线上，当某个驱动口线为高电平时，该发光二极管有电流通过而发光，相应的段被显示。,LED显示器的结构与原理,共阳极LED显示器的发光二极管的公共阳极接高电平，而阴极通过限流电阻接到驱动芯片
11、的输出口线上，当某个驱动口线为低电平时，该发光二极管有电流通过而发光，相应的段被显示。,数码管段码的编码：8段正好是一个字节，通常采用如下编码方式。（这种编码需单片机数据总线的D0D7分别和数码管的a、b、c、dp对应相连。如图所示）,最高位,最低位,根据LED显示器的结构原理可知，通过给每段提供不同的数据，LED显示器就能显示出不同形状的字符，因此，我们把数据线上的数据称为“字形码”或“字段码”。 不同的字符有不同的字形码，而且还与LED显示器是共阴极或是共阳极接法密切相关。,字形码数据格式,LED显示器的结构与原理,表1 七段LED的段选码,LED显示器的字形(段)码表,8段LED显示器的
12、结构与原理,共阳极和共阴极的字段码互为反码。,数码管的显示代码表,;共阳极7段数码管驱动段码表pgfedcba C0H 11000000B ;0F9H 11111001B ;1A4H 10100100B ;2B0H 10110000B ;399H 10011001B ;492H 10010010B ;582H 10000010B ;6F8H 11111000B ;780H 10000000B ;890H 10010000B ;9,;共阴极7段数码管驱动段码表 ; pgfedcba 3FH DB 00111111B ;0 06H DB 00000110B ;1 5BH DB 01011011B
13、;2 4FH DB 01001111B ;3 66H DB 01100110B ;4 6DH DB 01101101B ;5 7DH DB 01111101B ;6 07H DB 00000111B ;7 7FH DB 01111111B ;8 6FH DB 01101111B ;9,CPU和数码管的连接,共阴数码管,共阳数码管,三极管放大驱动电路,非门驱动电路,1.1 LED显示器接口,LED显示器与显示方式,在微机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。图2是N位显示器的构成原理。,LED显示器有两种方式：（1）LED静态显示方式（如图3所示） （2）LED动态显示方式（如图4所示
14、）,图2 N位LED显示器,1.1 LED显示器接口,“米”字型数码管结构与引脚图,LED显示器的结构与原理,“米”字型数码管,“米”字型LED显示器也有共阴和共阳极两种。“COM”是公共端，对于共阴极型它是负极，对于共阳极型它是正极。,“米”字型LED显示器由15个LED字段组成，所以其字型码为两个字节。字型码与连接方式有关，只有确定了数码管的电路连接图，才能根据电路连接关系确定CPU输出的字形码。,LED显示器的结构与原理,“米”字型数码管,“米”字形数码管字形码,1.软件查表法采用软件查表方式时，需要在程序中安排一张显示字符段码表。段码表应根据硬件电路中使用的数码管的极性和显示字符的需要
15、而设定。,LED数码管译码方法,LED显示器译码方法,2. 硬件译码法硬件译码是用译码器把要显示的字符转换成显示代码。已有专用芯片，可把4位二进制数转换成对应的显示代码。例如Motorola公司生产的MC14495就是一种CMOS型七段十六进制-BCD码锁存译码驱动器。还有MC14493、MC14499、74LS47/48/49，国产的4线七段译码驱动器74HC4511等。使用时请参阅有关器件手册。,LED数码管的译码：硬件译码与软件译码,硬件译码特点:采用专用的译码/驱动器件,驱动功率较大;增加了硬件的开销;软件编程简单;字型固定,74LS48/CD4511是“BCD码七段共阴译码/驱动”I
16、C; 74LS47是“BCD码七段共阳译码/驱动”IC,硬件译码,软件译码特点: 不用专用的译码/驱动器件，驱动功率较小；不增加硬件的开销；软件编程较复杂；字型灵活。,软件译码,LED数码管的软件译码,八段LED数码管段代码编码表(连线不同可有多种表):,设：h g f e d c b a D7D6D5D4D3D2D1D0,LED显示驱动技术,LED的驱动问题其实是一个非常重要的问题，如果驱动器驱动能力差，显示亮度就降低。而且动态和静态显示方式对驱动电路要求是不一样的。如果是静态显示，不需要考虑LED驱动，一般情况下只要将单片机I/O口与数码管的段代码连接，如图10-6所示（请确认）电路即可。但是动态显示就需要考虑LED驱动，因为动态显示是由段和位选信号共同配合完成的，因此必须同时考虑段和位的驱动能力，并且段的驱动能力决定位的驱动能力。常用的驱动电路有两种，采用集成电路芯片如SN7407或采用简单的三极管放大电路,
