七段LED数码管字形扫描动态显示技术

收稿日期: 2008- 03- 25作者简介:鄢积分 ( 1963- ) ,女,江西南昌人,江西蓝天学院, 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师。研究方向:机电一体化。朱洪涛 ( 1962- ) ,男,江西南昌人,南昌大学,教授,博导。研究方向:精密仪器及机械。 七段 LED数码管字形扫描动态显示技术 鄢积分1 朱洪涛 2 ( 1、江西蓝天学院机电所 江西 南昌 330098; 2、南昌大学机电学院 江西 南昌 330031) � � 摘 要: 在综合叙述和分析单片机控制系统中常用的七段 LED数码管显示接口技术的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 思路与性能差异的基础 上, 介绍一种特别适合于需要同时驱动较多位数数码管的场合使用的字形扫描动态显示新技术, 其硬件接口电路与软件 接口编程均比较简单 ,同时又能很好地保证显示的亮度。通过提供实例, 已经获得工程应用。 关键词: 单片机 七段 LED数码管 字形扫描 中图分类号: TP39 文献标识码: B 文章编号: 123( 2008增 ) - 029- 03 0� 引言 微型计算机, 尤其是单片机控制系统中, 七段 LED数码 管以其简单直观、主动发光、布置灵活、经济性好等特点, 成 为首选的显示输出设备。数码管显示接口常用的有静态与 动态显示二种不同方式, 二者在硬件开销 (包括接口资源、 PCB板面积等 )与软件开销 (包括数据维护、显示码计算等 ) 各有所长, 均获得广泛的应用。其中, 显示位数较少时常采 用静态显示方式以追求软件的最大简化, 显示位数较多时 则常采用动态显示方式以追求硬件的最大简化。 1� 动态显示技术分析 动态显示接口电路以字位扫描方式工作的最为常见, 一般的单片机教科书中均予以详细介绍 [ 1] [ 2] [3] [ 4]。其主要 工作原理为: 各数码管按位分时扫描显示。在该动态显示 接口硬件电路中, 有一个 8位的字段驱动器 (译码方式时还 包括一个译码器 ),各数码管的同名字段 (包括小数点字段 ) 并联后, 接在相应的字段驱动线上。同时有若干位 (与数码 管位数相当 )的位驱动器,各位数码管的公共端各自接不同 的位扫描线。动态扫描信号加载在位扫描线上, 所需输出 的显示码与扫描信号配合加载在字段驱动线上, 各数码管 按一定的时间间隔轮流使用字段驱动器。该接口方式硬件 电路简单,软件又不失简洁。字位扫描动态显示方式常用 于显示位数 8- 12位的应用场合, 可大大节省硬件成本。 字位扫描方式最大的问题是显示亮度。由于各数码管 分时点亮,当显示位数为 X时,每一位点亮的时间只有显示 时间的 1/X,位数过多时显示亮度将大幅下降, 甚至到了不 能实际使用的程度。 字段扫描动态显示方式 [ 5]是一种专门针对较多位数数 码管的显示方法。其主要工作原理为: 数码管各段分时扫 描显示。除驱动电流计算略有不同之外, 字段扫描动态显 示接口硬件电路与字位扫描动态显示接口硬件电路基本相 同,也包括一个 8位的字段驱动器和与显示位数适应的位驱 动器。所不同的是,采用字段扫描方式时, 动态扫描信号加 载在字段驱动线上, 各数码管的不同字段被按一定的时间 间隔轮流驱动,而与各数码管公共端相连的位驱动线上加 载的是位控码,位控码的各位决定着哪几位数码管的对应 字段被点亮 (可能全部、部分或均不显示该字段 )。 由于 7段 LED数码管连小数点在内共有 8个字段, 所 以无论有多少位的数码管, 扫描显示的时间和间隔的时间 都是不变的, 因此, 数码管的显示亮度与数码管的位数无 关。 字段扫描动态显示技术特别适用于显示位数较多 (如 20位以上 )的数码管显示。字段扫描技术最大的缺点是软 件编程比较复杂。以一个 24位数码管的显示系统为例, 与 数码管字段 a、b、c、d、e、f、g、dp扫描过程协同工作的是 8个 3字节 ( 24b it� 8)的位控码。位控码为组合码,每位数码管 29 增刊 2008年 10月 � � � � 江 西 蓝 天 学 院 学 报 JOURNAL OF JIANGX I BLUE SKY UN IVERSITY � � � � Supplement October. 2008 的字形分散在 8个位控码中, 24位数字中任何一位发生变 化, 均需重新计算这 8个位控码, 软件计算工作量非常大。 正是由于这个原因, 字段扫描技术的应用远不如字位扫描 技术的应用广泛。 2� 字形扫描动态显示技术的思路 在此, 提出一种 LED数码管动态显示新技术――字形 扫描动态显示技术, 它能够保持字段扫描动态显示鲜明的 技术优势, 同时降低工程实施的难度。 图 1� 字形扫描动态显示电路原理图 字形扫描动态显示技术总体上与字段扫描动态显示技 术相似: ! 也是一种专门针对较多位数数码管的显示方法; ∀ 硬件电路也包括一个 8位的字段驱动器和与显示位数适 应的位驱动器; # 也是将动态扫描信号加载在字段驱动线 上, 位控码加载在位驱动线上。图 1所示为一种字形扫描动 态显示电路实施例的原理图, P0口作为字段驱动输出口, P2. 0和 P2. 1是以软件法扩展 [ 6] [ 7]的移位寄存器方式串行 口作为位控输出口。不难看出, 该电路与字位扫描、字段扫 描动态显示电路是基本相同的。 所不同的是: P0口输出的扫描信号不再是译码信号 (其 扫描线中只有一位有效信号, 其余各位均为无效信号, 并通 过有效信号位的移位来实现扫描 ), 而是一组特定的字形码 (例如: 0、1、2、∃∃、9共 10个数字的字形显示码 )。也就是 说, 各字形码作为扫描信号依次加载到字段驱动线上。而 加载在位扫描线上的位控码与扫描信号协同工作 , 决定在 该字形输出期间, 哪几位数码管点亮 (可能全部、部分或均 不显示该字形 )。 由于要送显的字形码的种数是一定的, 无论有多少位 的数码管, 扫描显示的时间和间隔的时间都是不变的, 因 此, 数码管的显示亮度与数码管的位数无关。 3� 动态显示硬件电路设计计算 如上所述,字形扫描动态显示的硬件电路与字位扫描、 字段扫描动态显示的硬件电路是相似的, 区别仅在于驱动 电流的计算与电路实现 [ 8] [ 9]方面。 以下计算以最常用的 0. 5%LED数码管为例, 假设每段 LED动态扫描平均电流 5mA。 3. 1� 字位扫描电路:按 4位数码管计, 任何时刻只有 1 位数码管工作, 每位数码管 1 /4的时间点亮, 字段驱动线上 最大电流为 5 � 4= 20mA, 可选 7407为段驱动器;每位数码 管最多 8段 LED, 位驱动线上最大电流为 5 � 4 � 8= 160mA, 可选 75452为位驱动器。 3. 2� 字段扫描电路: 按 24位数码管计, 任何时刻每位 数码管最多只有 1段 LED工作, 每段 LED1/8的时间点亮, 字位驱动线上最大电流为 5 � 8 = 40 mA, 可选 7406为位驱 动器;段驱动线上最多有 24个同名字段工作,字段驱动线上 最大电流为 5 � 8 � 24 = 960mA, 可选达林顿晶体管 T IP125 为段驱动器。 图 2� 字形扫描动态显示中断服务程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 3. 3� 字形扫描电路: 按 24位数码管计, 在加载任何字 形码扫描信号时,每位数码管都可能工作, 每位数码管最多 8段 LED同时工作,每一字形 1 /10的时间点亮,位驱动线上 最大电流为 5� 10 � 8= 400 mA, 可选 75412为位驱动器; 字 段驱动线上最多 24段 LED工作, 段驱动线上最大电流为 5 � 10 � 24= 1200 mA, 可选达林顿晶体管 T IP125为段驱动 器。 30 鄢积分、朱洪涛: 七段 LED数码管字形扫描动态显示技术 ( 2008) 4� 字形扫描动态显示软件设计 一般地, 动态扫描显示子程序采用定时器中断服务来 刷新显示的数据, 比较符合显示时间控制的要求, 同时可减 轻 CPU的负担。 图 1采用 P2. 0和 P2. 1软件仿真方法扩展了一个移位 寄存器方式的串行接口。这不仅仅是为了节约单片机宝贵 的片内资源 [ 10] [ 11] [ 12] [ 13] , 更是为了巧妙地与送显程序中采 用逐位比较的方法决定每一根位驱动线的输出状态的设计 意图相匹配。 图 2所示为与图 1电路配合工作的送显程序流程图。 其中, 工作寄存器 R2作为动态扫描计数指针, 每次 T0中断 计数 1次, 完成 1个字形码的扫描。因此,完成全部 10个字 形码的扫描需 T0中断 10次。以 R1为位计数指针, R0为显 缓数据指针,逐位比较显示缓冲区中的数据与当前送显的 字形是否相同,决定从作为软件扩展的串行接口 RxD线的 P2. 0输出 1或 0,同时从作为 TxD线的 P2. 1输出移位脉冲, 控制相应位是否显示该字形。 5� 结论 通过提出了一种七段 LED数码管字形扫描动态显示新 技术,特别适合于较多位数数码管的动态显示, 其硬件电路 与软件编程均比较简单,同时又能很好地保证显示的亮度。 该技术应用于一种四通道胃动力疾病治疗仪的开发, 只使 用了四片 74LS164和 1片 MC1413(串行口扩展 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ), 实现 了 24位 0. 3%LED数码管的动态显示,系统软硬件均得到了 极大的简化,产品批量生产后, 取得了很好的经济效益。 参考文献: [ 1] 张友德. 单片微型机原理应用与实验 [ M ].上海: 复旦大学出版社. 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(责任编辑: 章建华 ) Graphem ic Scan Dynam icD isplay Interfacing of 7- Seg LED N ixietube YAN J i- f eng� ZHU H ong - tao (R esearch Center of M achinery and E lectron, J iangx i Blue Sky University, Nanchang 330098, China) Abstrac t: Based on a com prehensive descr iption and ana lys is of the design approach and functiona l d iffe rence o f 7- seg LED n ix ietubew hich is frequently emp loyed in SCM control system, the paper introduces a kind of new graphem ic scan dynam ic interfac ing technique espec ially su itable for the occasion that needs to drivemu lti- n ix ietube s imu ltaneously. Its hardwa re interface circu it and so ftwa re interface programm ing are com para tive ly sim ple and ensure the brigh tness in them eantim e. The thesis prov ides a practica l ex am ple related to the techn ique that has been adopted in eng ineer ing applica tion. KeyW ords: SCM; 7- Segment LED N ix ietube; G raphem ic Scan 31 江西蓝天学院学报 ( 2008)