基于单片机控制的数码管驱动电路

基于单片机控制的数码管驱动电路 天津塘沽中等专业学校于德颖 摘要:在单片机控制系统中,数码管作为显示器 件得到了广泛的应用,本文介绍使用静态和动态两种 方法控制多个数码管或数码管模块的驱动电路,利用 人类的视觉暂留现象,快速扫描的驱动方式,使用一 组驱动电路达到显示多个数码管的目的。通过对驱动 电路的分析,我们可以根据需要快速搭建硬件控制电 路,实现数码管的显示需求。 关键词:数码管;静态显示;动态显示 通常所说的数码管是由8个发光二极管组 成。如图1所示,其中a~g段用于显示数字、 字符的笔画,dp显示小数点,而3、8引脚连接, 作为公共端。这种数码管价格低廉,配置灵活, 与单片机接口简单,在作数字显示时是一种经 济实用的方法。 根据com端连接电源极性的不同,可分为 共阴极与共阳极两种LED数码管。这里我们只 分析com端连接到+Vcc的共阳极数码管。 由于LED数码管为电流型器件,其工作电 流一般在5~20mA,为了获得良好的发光效果, 我们控制工作电流在10~15mA较为合理。使用 时把共阳极8段LED的com脚接+Vcc,然后将 每一只阴极引脚各接一个200~330欧电阻,电 阻值越大,亮度越弱,电阻越小,电流越大, 亮度也越大。这里需要注意的是,不能只在com 脚接一个限流电阻,否则显示不同数字时将会 有不同的亮度。 图1 共阳极7段LED数码管图2 使用7447译码器的数码管驱动电路 在单片机系统中,如要使LED正常显示数 字与字符,不能直接将数字送到LED显示器, 而是将要显示的数字译码。译码分为硬件译码 与软件译码两种,硬件译码就是将BCD码转换 成7段LED数码管的显示字模并送到LED数 码管的a~g,如图2所示。而软件译码,通常采 用查表法查到相应的显示字模再送到LED显示 器显示。下面我们分析软件译码的驱动电路。 若a连接8051输出端口的最低位(LSB), dp连接8051输出端口的最高位(MSB),且希望 小数点不亮,则0至9的驱动信号如表1所示。 表1 所谓静态显示,就是当显示某一个字符时, 相应的发光二极管恒定地导通或截止。使用静 态显示时,需要在每一个数码管上添加一个锁 存器,当需要某个数码管显示其他内容时,只 需要修改与其相连的锁存器的值即可。当数码 管处于静态显示方式时,所有位选线(数码管的 公共端)连接在一起,而各个数码管的段选线(数 码管上各笔段的引出线)是相互分离的。 图3 数码管静态显示电路 如图3所示,我们可以利用移位寄存器, 在移位脉冲的作用下将串行信号转换为并行, 当全部数据都移至移位寄存器后,锁存信号将 移位寄存器中的内容锁到锁存器中,并通过驱 动电路驱动发光二极管。在移位过程中锁存器 锁存内容不变,数码管显示上一次输出数据。 静态显示的优点是数码管显示无闪烁,亮 度高,与单片机之间的连接比较简单,例如上 图中使用串行转并行芯片74LS164N作为数码 管的驱动,软件控制比较容易。缺点是需要的 硬件电路较多(每一个数码管都需要一个锁存 器),同时由于所有数码管都处于被点亮状态, 所以需要的电流很大,当数码管的数量增多时, 对电源的要求也就随之增高。所以在大部分硬 件电路 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 中,很少采用静态显示方式。 二、数码管动态显示 所谓动态显示,是指无论在任何时刻只有 一个数码管处于显示状态,每个数码管轮流显示。其接口电路把所有显示器的8个笔划段a~h 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码时,所有显示器接收到相同的字形码,但究竟是哪个显示器亮,则取决于com 端,而这一端是由I/O 控制的,由单片机决定何时显示哪一位。要使各位显示出不同的字符,必须采用扫描的方法。当数码管为四个时,为了不产生闪烁现象,扫描周期应在16ms 内完成。为了提高亮度,在设计电路时,可以适当降低限流电阻值。 如图4所示,我们利用SN74LS47N 进行硬件译码,将单片机P1.4~P1.7送入的BCD 码转换为显示字模送到数码管的a~g ,在数码管的驱动方面使用了SN74LS139N 的译码输出驱动三极管进行数码的位选。 图4 数码码动态显示电路 动态显示的优点是硬件电路简单,由于每个时刻只有一个数码管被点亮,所以数码管消耗的电流较小;缺点是数码管亮度不如静态显示时的亮度高,如果刷新率较低,会出现闪烁现象;如果数码管直接与单片机连接,软件控制上会比较麻烦。 三、使用专用芯片的动态显示 在动态显示时,如果将数码管直接与单片机连接除了硬件电路简单外,似乎并没有太多的优点。但是我们选用专用的数码管显示驱动芯片时,其优点就显现出来了。目前常风的数码管显示芯片有8279、MAX7219、HD7279、CH451等,这些芯片的主要特点是:数码管的显示全都采用动态扫描的方式,可以连接8个数码管,控制方式都比较简单。 从性能价格来看,CH451是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及uP 监控的多功能外围芯片。内置RC 振荡电路,可以动态驱动8位数码管,具有BCD 译码、闪烁、移位等功能。 CH451内置大电流驱动级,段电流不小于 25mA ,字电流不小于150mA 。可选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者BCD 译码方式。数码管的字数据可以左移、右移、左循环、右循环,各数码管数字独立闪烁控制,通过占空比设定提供16级亮度控制。支持段电流上限调整,可以省去所有限流电阻。扫描极限控制,支持1~8个数码管,只为有效数码管分配扫描时间。CH451与数码管的连接电路图如图5所示。 图5 使用CH451的数码管驱动电路 在一般较为简单的系统中,为了降低成本,动态显示 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 具备一定的实用性,也是目前单片机数码管显示中较为常用的一种显示方法。 四、动态显示电路的使用 下面介绍一个实际使用的电路,这里显示单元采用四位动态显示的7段LED 数码管,为减少编码时的不便,特对动态显示部分设计了简单的译码电路,如图6所示。 图6 四位LED 动态显示单元 在本单元中,LED 采用四位共阳联体数码管,利用芯片74LS47对BCD 码进行译码并驱动数码管的相应段,锁存器的低四位即Q0-Q3分别接到74LS47的BCD 码输入端;利用芯片74LS139的译码输出驱动PNP 三极管Q1-Q4进行数码管的位选,74LS139的输入与锁存器的Q4、Q5相连,由图中可以看出数码管的小数点段由锁存器74LS273最高位输出控制。锁存器输入端与单片机数据总线即P0口相连;锁存器 74LS273的CLK信号由CS0和WR信号配合控制有效。由此分析可知,要在某一位上显示数值,只需向锁存器74LS273写入一个相应的字节即可,所写入字节的定义如表2所示,而动态显示单元的地址范围即CS0=0000H-1FFFH。 表2:动态显示输出字节定义 驱动电路。在实际使用中,我们可以根据实际条件和需要,有选择地使用其中的一种方法达到设计者的设计要求。 参考文献: [1] 张义和.例说51单片机(C语言版).北京:人民邮电出版社,2009. [2] 楼然苗,李光飞.51系列单片机设计实例(第2版).北京:北京航空航天大学出版社,2006. [3] 陈永真,宁武,蓝和慧,孟丽囡.全国大学生电子设计竞赛试题精解选.北京:电子工业出版社,2007. 作者简介:于德颖(1977 ),女,天津人,本科学历,天津塘沽中等专业学校讲师,研究方向单片机在小型电气设备中的应用。 联系电话:81939603