2022年《微型计算机控制技术》教案2 .pdf

第周第次课年月日章节名称第五章显示器及其接口技术授课方式理论课（ *） ；实践课（） ；实习（）教学时数2 教学目的及要求掌握 LED 数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路。教学重点与难点重点 ：LED 数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路难点 ：LED 数码管显示器接口电路教学手段介绍、讨论与多媒体教学主要内容时间分配复习LED 数码管显示器的工作原理显示方式及其接口电路小结（5 ）（30 ）（45 ）（5 ）复习思考题1. 结合图简述 8 段 LED 显示器的结构与工作原理。2以 4 位 LED 为例，说明 LED 的静态显示原理及其显示效果、特点及适用场合。3以 4 位 LED 为例，说明 LED 的动态显示原理及其显示效果、特点及适用场合。小结本节将讨论LED 显示器及其接口电路与相应程序，来了解一个实际的计算机控制系统是如何显示被测参数值的。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 第五章显示器及其接口技术引言在计算机控制中，显示装置是一个重要组成部分，主要用来显示生产过程的工艺状况与运行结果， 以便于现场工作人员的正确操作。常用的显示器件有显示记录仪、发光二极管显示器LED 、液晶显示器LCD 、大屏幕显示器和图形显示器终端 CRT 。显示记录仪 - 是以模拟方式连续显示和记录过程参数的动态变化，但其价格都很贵，在目前的计算机控制系统中已很少采用。LED数码管 - 由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛采用。LCD-则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表到便携式微型计算机等应用场合。CRT终端-CRT 终端以其图文并茂的直观生动画面，可以显示生产过程中的各种画面及报表，如生产流程图、显示报警图、趋势曲线图、状态和回路查询图等, 在很多微型计算机控制系统中，特别在 DDC ，SCC 以及 DCS 控制系统中， 大都采用 CRT操作台进行监视和控制。在小型控制装置和数字化仪器仪表中， 往往只要几个简单的数字显示或字符状态便可满足现场的需求， 而显示数码的 LED因其成本低廉、 配置灵活， 与计算机接口方便等特点在小型微机控制系统中得到极为广泛的应用。51 LED 显示器5.1.1 工作原理LED （发光二极管 Light Emitting Diode的英文缩写）是利用PN结把电能转换成光能的固体发光器件，根据制造材料的不同可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见光来。 LED的伏安特性类似于普通二极管， 正向压降约为 2 伏左右，工作电流一般在10 -20mA 之间较为合适。 LED显示器有多种结构形式，单段的圆形或方形 LED常用来显示设备的运行状态， 8段 LED可以显示各种数字和字符，所以也称为 LED数码管，其外形如图所示。 8 段 LED在控制系统中应用最为广泛，其接口电路也具有普遍借鉴性。因此，我们介绍8 段 LED数码管显示器。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 8 段 LED显示器的结构与工作原理如图所示。一个 8 段 LED显示器的结构与工作原理如图6-1 所示。它是由 8 个发光二极管组成，各段依次记为a、b、c、d、e、f 、g、dp ，其中 dp表示小数点（不带小数点的称为 7 段 LED ） 。8 段 LED显示器有共阴极和共阳极两种结构，分别如图（b） 、 （c）所示。共阴极 LED的所有发光管的阴极并接成公共端COM ，而共阳极 LED的所有发光管的阳极并接成公共端COM 。当共阴极 LED的 COM 端接地，则某个发光二极管的阳极加上高电平时， 则该管有电流流过因而点亮发光；当共阳极 LED的 COM 端接高电平，则某个发光管的阴极加上低电平时，则该管有电流流过因而点亮发光。8 段 LED通过不同段点亮时的组合， 可以显示 09、 AF等十六进制数。显然，将单片机的数据输出口与LED各段引脚相连，控制输出的数据就可以使LED显示不同的字符。通常把控制 LED数码管发光显示字符的8 位字节数据称为段选码或者字符译码，如图所示。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 5.1.2 LED 显示器显示方式在计算机控制系统中，常利用n 个 LED显示器构成 n 位显示。通常把点亮 LED某一段的控制称为段选， 而把点亮 LED某一位的控制称为位选或片选。 根据 LED显示器的段选线、 位选线与控制端口的连接方式不同，LED显示器有静态显示与动态显示两种方式，下面以4 个共阴极 LED的组合为例进行说明。1静态显示方式例题 1：说明 4 个共阴极 LED静态显示 3456 数字的工作过程。例题分析：看图 6-3，当所有 COM 端连接在一起并接地时，首先由I/O 口（1）送出数字 3 的段选码 4FH即数据 01001111到左边第一个 LED的段选线上，阳极接受到高电平“1”的发光管 g、d、c、b、a 段因为有电流流过则被点亮，则结果为左边第一个 LED显示 3；接着由 I/O 口（2）送出数字 4 的段选码 66H 即数据 01100110到左边第二个 LED的段选线上，阳极接受到高电平“1”的共阴极发光管g、f 、c、b 段则被点亮，则结果为左边第二个LED显示 4；同理，由 I/O 口（3）送出数字 5 的段选码 6DH即 01101101到左边第三个 LED的段选线上，由 I/O 口（4）送出数字 6 的段选码 7DH即 01111101到左边第四个 LED的段选线上，则第三、四个 LED分别显示 5、6。2动态显示方式LED动态显示电路如图所示例题 2：说明 4 位共阴极 LED动态显示 3456数字的工作过程例题分析：看图首先由 I/O 口（1）送出数字 3 的段选码 4FH即数据 01001111 到 4 个 LED共同的段选线上，接着由 I/O 口（2）送出位选码 0111 到位选线上，其中数据的高4位为无效的， 唯有送入左边第一个LED的 COM 端 D3为低电平“ 0”，因此只有该 LED的发光管因阳极接受到高电平“1”的 g、d、c、b、a 段有电流流过而被点亮，也就是显示出数字3，而其余 3 个 LED因其 COM 端均为高电平“ 1”而无法点亮；显示一定时间后，精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 再由 I/O 口（1）送出数字 4 的段选码 66H即 01100110 到段选线上，接着由 I/O 口（2）送出点亮左边第二个LED的位选码 1011到位选线上，此时只有该 LED的发光管因阳极接受到高电平“1”的 g、f 、c、b 段有电流流过因而被点亮，也就是显示出数字4，而其余 3 位 LED不亮；v 如此再依次送出第三个LED 、第四个 LED的段选与位选的扫描代码，就能一一分别点亮各个 LED ，使 4 个 LED从左至右依次显示3、4、5、6。5.1.3 LED 显示器接口电路控制系统中的 LED显示电路，除了要完成把字符转换成对应的段选码的译码功能以外， 还要具有数据锁存与驱动的功能。 其中，译码功能可以通过硬件译码器完成，也可通过软件编程实现； 而数据锁存与驱动只有依赖硬件电路来实现。结合上面讨论的两种显示方式：1静态显示接口电路2动态显示接口电路静态显示电路静态显示方式的关键是多个LED需与多个 I/O 并行口相连，一般的并行I/O口如 8255A或锁存器只具备锁存功能， 还要有硬件驱动电路， 再配以软件译码程序。目前广泛使用一种集锁存、译码、驱动功能为一体的集成电路芯片，以此构成静态显示硬件译码接口电路。如美国 RCA 公司的 CD4511B 是 4 位 BCD 码7 段十进制锁存译码驱动器， 美国 MOTOROLA公司的 MC14495是 4 位 BCD 码7 段十六进制锁存译码驱动器。下面以CD4511B 为例，说明其接口电路。如图所示。图中有 CD4511B 的引脚分配，它的真值表见表2。（BLanking）为空白（全灭）信号，低电平有效；(Lamp Test ) 为全亮试验信号，低电平有效；这两个引脚只用来测试与之连接的 LED ，在 LED正常工作时，要把、均接接成高电平。锁存允许信号 (Latch Enable) 为低电平有效，作为允许BCD码输入的片选信号，片选端一般是与接口地址译码信号相连。一旦片选有效即 0, 则数据输入端A、B、C、D所接收的 4 位 BCD码就会被内部逻辑电路自动译为输出端ag 的段选信号，从而驱动点亮7 段 LED显示出相应的字符。图为 4 个 LED组成的静态显示硬件译码接口电路，是在图6-3 LED静态显示方式的基础上，增加 4 片集 BCD 码锁存、译码和驱动为一体的CD4511B（U1U4 ）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 与 1 片译码器 74LS138 ，它能够直接显示出4 位十进制数。图中， 4 片 CD4511B 分别对应连接 4 片 7 段共阴极 LED显示器， 74LS138译码器译出片选信号PORT0 、PORT1 ，分别作为 U1、U2和 U3、U4的锁存允许信号。CPU 通过输出指令把要显示字符的BCD码数据通过数据总线D7 D0输出到U1U4的数据输入端 D、C、B、A，其中每 2 片（U1和 U2 ，U3和 U4）共用一个字节及一个片选信号。若要显示带小数点的十进制数，则只要在LED显示器的 dp端另加驱动控制即可。接口程序为：MOV BX ，OFFSET DATA1 MOV AL ，BX OUT PORT1 ，AL ；显示左 2 位INC BX MOV AL ，BX OUT PORT0 ，AL ；显示右 2 位动态显示接口电路的关键是由两个I/O 并行端口分别进行段选码与位选码的锁存，除了需要配置驱动电路以外，译码扫描功能则完全由软件编程来完成。图 6-6 给出 4 个 LED组成的动态显示软件译码接口电路，4 个共阴极 LED显示器的段选线对应并接，由一片8D触发器 74LS374 （U1 ）进行段选控制，其间串有8个三极管以正向驱动LED的阳极，此可称为段选通道。 4 个 LED的 COM 端由另一片 74LS374（U2）进行位选控制，其间接有达林顿阵列驱动器MC1413 （内含7对复合三极管）以对LED的阴极进行反向驱动，此构成了位选通道。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 段码锁存器 U1和位码锁存器 U2均连在数据总线D7 D0上，CPU通过数据总线送出的数据是到U1还是 U2，这要由 74LS138对地址译码后的输出信号和决定。当 0 时，U1端口地址 PORT0 被选中， U1选通并锁存住 CPU 输出的段选码；当 0 时,U2 端口地址 PORT7 被选中， U2锁存住 CPU 输出的位选码。设该接口电路从左到右（即从LED1到 LED4 ）进行动态扫描，其显示过程如下：首先 CPU 把 LED1要显示的字符段码送入段码锁存器U1 ，接着就往位码锁存器 U2送入点亮 LED1的位选码，即仅使 LED1的 COM 端为低电平。 虽然段选码通过驱动电路同时送到各位LED ，但这时只有 LED1的相应段被导通点亮，而其余LED并不显示。然后 CPU 把 LED2要显示的字符段码再送入段码锁存器U1，接着往位码锁存器 U2送入点亮 LED2的位选码。如此依次分别送出扫描代码，一一分别点亮各个 LED 。 只要刷新时间不太长，就会给人以同时显示的稳定的视觉效果。LED动态扫描流程图如图所示精品资料 - 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