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1、单元10 显示接口设计,学习目的： 掌握单片机数码管显示的工作原理和编程方法，掌握LCD1602的应用。 重点难点： 数码管显示的工作原理和编程方法，1602接口的设计方法。 外语词汇： Display（显示）、Light Emitting Diode（发光二极管）、Liquid Crystal Display（液晶屏）。 文字和图形显示是单片机系统设计的重要内容之一。在单片机系统中，常用的显示器件有数码管、二极管点阵矩阵模块和LCD（字符液晶屏、图形液晶屏）。其中，数码管和字符液晶屏是初学者最常用的显示设备。,10.1 数码管显示,10.1.1数码管的结构与工作原理,数字显示最常使用的器件就
2、是七段数码管，在数字钟、微波炉、电饭煲、洗衣机等电子产品中常常使用七段数码管来显示数字信息。通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。,1.数码管结构 LED数码显示器又称数码管,数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成。LED数码显示器有两种不同的形式：一种是发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED数码显示器；另一种是发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED数码显示器。使用LED数码显示器时，要注意区分这两种不同的接法，LED数码显示器结构如图10-1所示。,图10-1 LED数码显示器结构,2.数码
3、管工作原理 数码管中7个发光二极管构成字形“8”的各个笔画段，另一个为小数点dp。七段数码管中亮段的发光原理和普通的发光二极管一致，可以把这7个亮段看成7个发光二极管。点亮不同亮段的组合就形成了数字0F。 共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其他管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起
4、。通常，公共阴极接低电平（一般接地），其他管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。,由于单片机系统常常使用5V电源，而发光二极管VL只需要2V左右的电压就可以被点亮，点亮时电流约为15mA。如果在发光二极管VL两端直接加5V将有可能烧毁它，因此常串联一个限流电阻R1。 限流电阻的计算：假设发光二极管工作电流为15mA，正常工作时两端的压降为2V，所以电阻R1上应该分担的电压为3V。于是得电阻R1的阻值为3
5、V/15mA=200。,要使数码管显示出相应的数字或字符，必须使段数据口输出相应的字形编码。七段数码管加上一个小数点，共计8段，8个笔划段对应于一个字节,于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。 字形与字形编码的关系见表10-1，数据线D0与a字段对应，D1与b字段对应，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。,10.1.2数码管字形编码,表10-1字形与字形编码的关系,如要显示“0”，共阳极数码管的字形编码应为11000000B（即C0H）；共阴极数码管的字形编码应为00111
6、111B（即3FH）。数码管字形编码表见表10-2。,10.2 LED数码显示器的工作方式,LED数码显示器的工作方式有两种：静态显示方式和动态显示方式。,10.2.1 LED静态显示接口,静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用CPU时间少，编程简单，显示便于监测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复
7、杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。,动态显示接口电路是把所有显示器的8个笔划段ah同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形编码时，所有显示器接收到相同的字形编码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于COM端。也就是说可以采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。 采用动态显示方式比较节省I/O口，
8、硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。 动态扫描显示接口电路如图10-3所示。P2.0P2.3与7447相连，而74LS47的 输出与4位七段数码管SD0SD3的亮段控制端ag相连，且SD0SD3的亮段控制端ag是并联在一起的。如果P2.0P2.3输出0110，在4位七段数码管SD0SD3都工作的情况下，会同时显示数字“6”。,10.2.2 LED动态显示接口,图10-3 动态扫描显示接口电路,4位七段数码管的共阳端分别被晶体管开关控制，4个晶体管又被单片机的P0.0P0.3控制。把这4个控制线称为位选线B0、B1
9、、B2、B3。比如B0=1时，也就是P0.0口输出1，第一位七段数码管SD0共阳端上的晶体管开关导通，SD0也就获得电流而发光，此时显示什么数字由单片机的P2.0P2.3状态来决定。 源程序： ORG 0000H ; 起始地址0000H MAIN: MOV P0,#00000001B ; 选通七段数码管SD0 MOV P2,#1 ; 输出显示数字1 CALL DELAY ; 延时1ms ANL P0,#00H ; 熄灭七段数码管 MOV P0,#00000010B ; 选通七段数码管SD1 MOV P2,#2 ; 输出显示数字2 CALL DELAY ; 延时1ms ANL P0,#00H ;
10、 熄灭七段数码管 MOV P0,#00000100B ; 选通七段数码管SD2 MOV P2,#3 ; 输出显示数字3,CALL DELAY ; 延时1ms ANL P0,#00H ; 熄灭七段数码管 MOV P0,#00001000B ; 选通七段数码管SD3 MOV P2,#4 ; 输出显示数字4 CALL DELAY ; 延时1ms ANL P0,#00H ; 熄灭七段数码管 JMP MAIN ; 循环扫描 DELAY: ; 延时子程序，1ms MOV R1, #2 D1: MOV R2, #248 DJNZ R2, $ DJNZ R1, D1 RET END ;程序结束 控制每一位七段
11、数码管都有4行指令，第一行向P0送出位选数据，第二行向P2输出显示数字数据，第三行是1ms的延时，最后一行“ANL P0,#00H”是把P0与00H做与运算，之后P0=00H，这样所有七段数码管都有熄灭，防止残影的出现。,10.3 LCD1602液晶屏,10.3.1 LCD1602液晶屏的外观及引脚,生活中到处都能见到液晶屏的应用，液晶屏的应用如图10-4所示。,图10-4 液晶屏的应用,这里介绍的字符型液晶模块是一种用57 点阵图形来显示字符的液晶屏，根据显示的容量可以分为16字1行、16字2 行、20字2 行等，这里以常用的16字2 行的1602 液晶模块来介绍它的编程方法，1602字符液
12、晶屏外观如图10-5所示。,图10-5 1602字符液晶屏外观,1602 采用标准的16 脚接口，从右至左，1602字符液晶屏管脚排列表见表10-3。,表10-3 1602字符液晶屏管脚排列表,第1 脚：Vss为电源地。 第2 脚：Vcc为5V正电源。 第3 脚：Vee为液晶屏对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度。 第4 脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：为读写信号线， 高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，
13、当RS为低电平、为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平、为低电平时可以写入数据。 第6 脚：E 端为使能端，当E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第714脚：D0D7为8 位双向数据线。 第1516脚：背光调节引脚。 10.3.2 LCD1602的指令 LCD字符型显示器模块内部有两种寄存器：指令寄存器和数据寄存器。单片机等主控制系统对LCM的指令寄存器写操作，可以将“清屏”等控制指令发送给LCM。对指令寄存器读操作，得到的数据最高位是LCM的状态标志位，低7位是地址计数器的信息。LCD字符型显示器模块的指令集见表10-4。,表10-4 LCD字符型显示器模块的指令集,I/D一一
14、显示地址计数器模式选择。I/D = 1，选择加l模式；I/D =0，选择减l模式。 S一一画面平移选择位。S=1，画面平移； S=0，画面不动。 D一一显示器开关控制位。D=1，显示器ON；D =0，显示器OFF。 C一一光标开关控制位。C=1，光标ON；C =0，光标OFF。 B一一光标闪烁开关控制位。B=1，光标闪烁ON；B=0，光标闪烁OFF。 S/C一一显示器或光标移位选择。S/C=1，移动显示的文字；S/C=0，移动光标。 R/L一一移位方向选择。R/L=1，向右移动；R/L =0，向左移动。 DL一一传输数据的有效位长度选择。DL= 1，有效位为8位；DL=O，有效位为4位。 N一
15、一显示器行数选择位。N=1，选择使用2行显示器；N =0，选择使用1行显 示器。 F一一字符显示块的点阵选择。F = 1，选择5 1点阵；F =0，选择57点阵。 BF一一忙标志位。BF = 1， LCM处于忙状态；BF=O， LCM处于空闲状态。 CGRAM一一字符发生器RAM，用来保存用户自编的字符或图形的存储器。 DDRAM一一显示数据RAM。,LCM的显示数据存储器DDRAM与显示屏上的字符显示位置是一一对应的。DDRAM地址与字符显示位置对照表见表10-5。当单片机等主控制器系统需要把字符显示在屏幕的某一位置时，首先将对应位置的DDRAM的地址写到地址计数器（指令寄存器）中，然后再将该字符的ASCII码写入DDRAM中，这样就可以完成一个字符的显示。,表10-5 DDRAM地址与字符显示位置对照表,10.3.3 单片机与字符液晶屏的接口与编程,例10-2 1602与AT89S51单片机的接口电路如图10-6所示，编程显示字符A。,图10-6 1602与AT89S51单片机的接口电路,程序在开始时对液晶模块功能进行了初始化设置，约定了显示格式。注意显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预，每次输入指令都先调用判断液晶模块是否忙的子程序DELAY，然后输入显示位置的地址0C0H，最后输入要显示的字符A的代码41H。,
