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1、1/37,数码管LED常用接口电路,2/37,数码管 常用接口电路 简介,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(5X 7，5X8，8X8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
2、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。,3/37,LED显示器的结构与原理,一、 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,4/37,LED显示器的结构与原理,一、结构种类 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
3、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,5/37,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。,二、显示原理,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。,6/37,根据LED显示器的
4、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,二、显示原理,LED显示器的结构与原理,7/37,LED显示器的字形(段)码表,共阳极和共阴极的字段码互为反码。,LED显示器的结构与原理,8/37,一般地，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
5、扫描显示情况下，瞬时电流较大，但平均电流不要超过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。,二、显示原理,LED显示器的结构与原理,9/37,“米”字型数码管结构与引脚图,二、显示原理,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
6、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。,10/37,二、显示原理,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,11/37,1.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而设定。,LED数码管译码方法,二、显示原理,LED显示器的结构与原理,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
7、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。,12/37,静态显示：即显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出去后，数码管始终显示该数据，CPU不再控制LED。到下一次显示时，再传送一次新的显示数据。 静态显示的接口电路采用一个并行口接一个数码管，数码管的公共端按共阴极或共阳极分别接地或接VCC; 这种接法，每个数码管都要单独占用一个并行I/O口，以便单片机传送字形码到数码管控制数码管的显示; 优点是显示的数据稳定，无闪烁，占用CPU时间少。其缺点是由于数
8、码管始终发光，功耗比较大;,LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。,二、显示原理,共阴极,13/37,每个显示器由一个4线7段译码驱动器4511驱动。4511输出口线与LED输入口线之间接有限流电阻。4511的输入端接8051的数据总线。 8051一次送出两个字符的编码，一个在P0.0P0.3，另一个在P0.4P0.7。直接以存储器写的方式写入到4511中。 4511的选通与数据输入锁存电路由S1、S2两个信号决定。两个显示器只需要两次写操作就可以完成数据传送、锁存与显示。,静态显示,LED数码管静态显示电路,二、显示原理,14/37,为了克服静态显示方式的缺点，节省I/O口线，常常使用动
9、态显示方式。 动态扫描方法是用其接口电路把所有数码管的8个笔划段ag和dp同名端连在一起,而每一个数码管的公共极COM各自独立地受I/O线控制。,2. 动态显示,二、显示原理,LED显示器的结构与原理,LED动态显示方式,CPU向字段输出口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码。哪个数码管亮，则取决于COM端，COM端与单片机的I/O口相连，由单片机输出位码到I/O控制何时哪一位数码管亮。,15/37,动态扫描用分时的方流控制各个数码管的COM端，使各个数码管轮流点亮。 在需要多个字符同时显示时，可以轮流给每一个字符通以电流，逐次把所需显示的字符显示出来。在每点亮一个显示器之后，必须持续通
10、电一段时间，使之发光稳定，然后再点亮另一个显示器，如此巡回扫描所有的显示器。由于巡回显示速度较快，每秒可重复多次(为了不产生闪烁，可每秒扫描24次左右)。虽然在同一时刻只有一个显示器通电，但是由于人眼的视觉暂留作用和发光二极管的余辉效应，看起来每个显示器都在稳定地显示。,二、显示原理,LED显示器的结构与原理,2. 动态显示,16/37,这种巡回扫描显示器的操作要靠程序控制，CPU始终要介入显示扫描。动态显示的亮度随电流平均值的增大而增强，亮度大体上等同于通过同样大的稳定电流的静态显示器的亮度。,二、显示原理,LED显示器的结构与原理,2. 动态显示,优点：当显示位数较多时，采用动态显示方式比
11、较节省I/O口，硬件电路也较静态显示简单。 缺点：其稳定度不如静态显示方式。而且在显示位数较多时CPU要轮番扫描，占用CPU较多的时间。,动态显示方式虽然使用器件较少，但是CPU效率低，编程麻烦，软件调试工作量大，使总体工作效率下降。因此，这种动态显示方式只在CPU工作任务简单的情况下被使用。,17/37,LED数码管动态显示电路,由并行口扩展接口芯片8155负责接收8051的命令和数据，再从其PB口分时送出数码给显示器； 由PA口分别选通数码管，送出哪个数码管的数据时，就选通那个数码管。 不断的扫描显示，CPU就得不断的送显示数据与选通数据。如果CPU停止对显示器送数，显示器的显示也就消失了
12、,18/37,三、键盘/显示器专用接口芯片8279,LED显示器的结构与原理,在仪器电路设计中，往往将键盘和数码管显示电路综合考虑进行设计。,键盘与显示专用芯片8279,19/37,三、键盘/显示器专用接口芯片8279,8279引脚图,8279的主要功能,（1）键盘与显示器能同时工作； （2）扫描式键盘工作方式； （3）扫描式传感器工作方式； （4）用选通方式送入输入信号； （5）带有8字符的键盘先入先出存储器（FIFO）； （6）触点回弹时两键封锁或N键巡回； （7）双排8字或单个16字的数字显示器； （8）可右入或左入的16字节显示器RAM； （9）工作方式可由CPU编程； （10）可编程
13、扫描定时、键盘送入时有中断输出。,20/37,三、键盘/显示器专用接口芯片8279,8279的扫描输出线按编码方式使用。其SL0SL2经过74HC138译码，其输出的8根选通线的Y0Y5作为键盘矩阵的列扫描线，而8279的8根返回线RL0RL7用作键盘的8根检测线。 可以实现68 = 48 键的键盘输入功能。在这种接口逻辑下，8279的命令/状态口的地址为DFFFH，其数据寄存器口地址为DFFEH。,21/37,三、键盘/显示器专用接口芯片8279,LED显示器的结构与原理,(1)工作方式设置命令控制字,格式： 000 D1D0K2K1K0 000: 该命令控制字的标志符 D1D0: 显示方式
14、控制位 K2K1K0 键盘方式控制位,22/37,三、键盘/显示器专用接口芯片8279,LED显示器的结构与原理,(2)内部时钟设置命令控制字,格式： 001 P4P3P2P1P0 001: 改命令控制字的标志符 P4P3P2P1P0: CLK引脚输入脉冲的分频数，取值2-31。对于不同的CLK输入脉冲频率，适当选择设置P4P3P2P1P0的值，以便得到扫描和去抖动所需的100KHz的定时信号。对于上述硬件逻辑，CLK为2MHz，可设置P4P3P2P1P0=10100B=20D，使8279得到内部定时信号的频率为100KHz。,23/37,三、键盘/显示器专用接口芯片8279,LED显示器的结
15、构与原理,(3)读取键值命令控制字,格式： 010 AIA2A1A0 010: 该命令控制字的标志符 AI： 自动增1控制，用于传感器方式 A2A1A0： 传感器缓冲器行地址。在键盘扫描方式下，设置本命令控制字之后，对8279数据口的读操作，可以得到当前的键值。,24/37,三、键盘/显示器专用接口芯片8279,LED显示器的结构与原理,8279芯片内部具有对键盘扫描的“去抖动”功能和识别功能，使用100KHz的内部定时频率时，其去抖动时间为10.3ms，在相距10.3ms的两次扫描中均检测到的按键，被确认为有效按下的键； 对有效按下的键的识别算法是：,只有一个有效按下的键，则将其相应的键值送
16、入FIFO键值缓冲存贮器，供CPU读取； 如果有两个或两个以上的有效按下的键，则按两种不同的策略来识别：两键封锁策略，只识别最先按下最后被释放的一个键，或者同时按下最后释放的一个键，将其键值送入FIFO键值缓冲器；N键巡回策略，将N个有效按下的键的键值，按发现的顺序依次送入FIFO键值缓冲器。,25/37,三、键盘/显示器专用接口芯片8279,LED显示器的结构与原理,8279与8051间的联络是通过中断方式实现的。当8字节的FIFO键值缓冲器中被送入有效按键键值时，其中断请求线IRQ变为有效高电平，8051读数后变为无效低电平，但是如果FIFO中还有有效按下的键值，则再次变为有效高电平，直至FIFO中的全部有效键值被读出为止。 当把8279的工作方式设置为传感器方式时，它也可以用于开关量输入的目的。每个键位处对应一个被检测的开关或开关性逻辑元件； 键盘去抖动及双键封锁N键巡回逻辑被禁止； 返回线上的开关状态直接输入到FIFO/传感器RAM中对应于扫描线编码值相应行的存贮单元内。,26/37,三、键盘/
