第7章-显示器.ppt

本章主要内容 引言引言 7.1 LED数码管显示器 7.2 LCD液晶显示器 7.3 图形显示器 本章小结本章小结 思考题思考题w在微机控制中，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。w其中，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，虽然后来也出现了以微处理器为核心的数字式智能记录仪，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。而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。w大屏幕显示器是由若干个LED点矩阵模块组合成的，能够显示普通汉字和英文，具有显示清晰、视觉范围宽广等优点，主要用于车站、码头、体育场馆、大型生产装置的现场显示。而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，十分便于对生产过程的管理和监视，因此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。w在单片微型计算机系统中，主要用 LED和 LCD进行显示，而且随着LCD价格的降低，LCD愈来愈受到人们的青睐。7.1 LED数码管显示器数码管显示器w主要知识点主要知识点:7.1.1 LED 显示器工作原理显示器工作原理7.1.2 LED显示器显示方式显示器显示方式7.1.3 LED显示器接口电路显示器接口电路w在专用的微机控制系统中，特别是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报警功能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，与单片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，如图7-1所示。那么一个实际的微机控制系统是如何显示被测参数值的？下面通过讨论LED显示器及其接口电路与实例程序，便可一清二楚。7.1.1 LED 显示器工作原理显示器工作原理wLED（发光二极管（发光二极管Light Emitting Diode的英文缩的英文缩写）是利用写）是利用PN结把电能转换成光能的固体发光器件，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。同色彩的可见光来。LED的伏安特性类似于普通二的伏安特性类似于普通二极管，正向压降约为极管，正向压降约为2伏左右，工作电流一般在伏左右，工作电流一般在10 20 mA之间较为合适。之间较为合适。wLED显示器有多种结构形式，单段的圆形或方形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，常用来显示设备的运行状态，8段段LED可以显可以显示各种数字和字符，所以也称为示各种数字和字符，所以也称为LED数码管，其外数码管，其外形如图形如图7-2所示。所示。8段段LED在控制系统中应用最为广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，我们介泛，其接口电路也具有普遍借鉴性。因此，我们介绍绍8段段LED数码管显示器。数码管显示器。w8段LED显示器的结构与工作原理如图7-3所示。它是由8个发光二极管组成，呈“日”字形，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7-3（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，如发光管a接+5V时，则a管有电流流过，因此a管被点亮。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，如发光管b接地时，则b管有电流流过，因此b管被点亮。w8段段LED通过不同段点亮时的组合，可以显示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等十六进制数。显然，将单片机的数据输出口与与LED各段引脚相连，控制输出的数据就可以使各段引脚相连，控制输出的数据就可以使LED显示不同的字符，如图显示不同的字符，如图7-4所示。通常把控制所示。通常把控制LED数码管发光显示字符的数码管发光显示字符的8位字节数据称为段选码位字节数据称为段选码或者字符译码，当段引脚或者字符译码，当段引脚dp a与单片机数据位与单片机数据位D7 D0对应相连时，对应相连时，8段段LED显示器的段选码如表显示器的段选码如表7-1所示。现以共阴极段选码的所示。现以共阴极段选码的3为例，为例，3的段选码是十的段选码是十六进制的六进制的4FH，也就是二进制的，也就是二进制的01001111。结合图。结合图7-4（a）（）（b），段选码），段选码01001111即意味着单片机即意味着单片机输出的数据使输出的数据使LED显示器显示器dp、f、e段接地，段接地，g、d、c、b、a段接段接+5 V，当，当COM端接地时，显示器就显端接地时，显示器就显示出数字示出数字3。就这样通过不同的段选码，就显示出不。就这样通过不同的段选码，就显示出不同的相应字符来。同的相应字符来。w数码管共阳极的段选码恰好与共阴极的段选码相反，如共阳数码管共阳极的段选码恰好与共阴极的段选码相反，如共阳极数码管极数码管3的段选码的段选码B0H（10110000）是共阴极数码管）是共阴极数码管3的的段选码段选码4FH（01001111）的反码。）的反码。w需要注意的是，表需要注意的是，表7-1只是基于段引脚只是基于段引脚dp a与数据与数据位位D7 D0对应相连这一模式的，如果对应连线改对应相连这一模式的，如果对应连线改变，则段选码也随之改变。变，则段选码也随之改变。表表7-1 8段段LED显示器的段选码显示器的段选码7.1.2 LED显示器显示方式显示器显示方式w在微机控制系统中，常利用在微机控制系统中，常利用N个个LED显示器构显示器构成成N位显示。通常把点亮位显示。通常把点亮LED某一段的控制称某一段的控制称为段选，而把点亮为段选，而把点亮LED某一位的控制称为位某一位的控制称为位选或片选。根据选或片选。根据LED显示器的段选线、位选显示器的段选线、位选线与控制端口的连接方式不同，线与控制端口的连接方式不同，LED显示器显示器有静态显示与动态显示两种方式，下面以有静态显示与动态显示两种方式，下面以4位位共阴极共阴极LED为例进行说明。为例进行说明。1静态显示方式静态显示方式w4位位LED静态显示电路如图静态显示电路如图7-5所示，所示，4位位LED显示器的所有显示器的所有COM端连接在一起并接地，每位端连接在一起并接地，每位LED的段选线的段选线dp a都各自都各自与一个与一个8位并行位并行I/O口口D7 D0相连。因此，单片机通过某相连。因此，单片机通过某I/O口对某位口对某位LED输出一次段选码之后，该位输出一次段选码之后，该位LED就能一直保持就能一直保持显示结果直到下次送入新的段选码为止。显示结果直到下次送入新的段选码为止。w例题例题7-1：说明：说明4位共阴极位共阴极LED静态显示静态显示3456数字的数字的工作过程。工作过程。w例题分析：现在让我们来看图例题分析：现在让我们来看图7-5，当所有，当所有COM端端连接在一起并接地时，首先由连接在一起并接地时，首先由I/O口（口（1）送出数字）送出数字3的段选码的段选码4FH即数据即数据01001111到左边第一位到左边第一位LED的的段选线上，阳极接受到高电平段选线上，阳极接受到高电平1的发光管的发光管g、d、c、b、a段因为有电流流过则被点亮，则结果为左边第段因为有电流流过则被点亮，则结果为左边第一位一位LED显示显示3；接着由；接着由I/O口（口（2）送出数字）送出数字4的段的段选码选码66H 即数据即数据01100110到左边第二位到左边第二位LED的段选的段选线上，阳极接受到高电平线上，阳极接受到高电平1的共阴极发光管的共阴极发光管g、f、c、b段则被点亮，则结果为左边第二位段则被点亮，则结果为左边第二位LED显示显示4；同；同理，应由理，应由I/O口（口（3）送出数字）送出数字5的段选码的段选码6DH即即01101101到左边第三位到左边第三位LED的段选线上，则第三位的段选线上，则第三位LED显示显示5；由；由I/O口（口（4）送出数字）送出数字6的段选码的段选码7DH即即01111101到左边第四位到左边第四位LED的段选线上，则第四的段选线上，则第四位位LED显示显示6。w如果单片机不改送如果单片机不改送I/O口的段选码，则口的段选码，则4位位LED就一就一直保持显示直保持显示3456数字。数字。w这种静态显示的效果是每一位独立显示，同一时间这种静态显示的效果是每一位独立显示，同一时间里每一位都能稳定地显示各自不同的字符。其缺点里每一位都能稳定地显示各自不同的字符。其缺点是电路中占用是电路中占用I/O口资源多，如口资源多，如4位位LED显示器需要显示器需要有有4个个8位并行口芯片，因而线路复杂、硬件成本高；位并行口芯片，因而线路复杂、硬件成本高；又因为同时显示，所以功耗大，按每个发光二极管又因为同时显示，所以功耗大，按每个发光二极管的工作电流是的工作电流是10 mA计，计，4位位LED最大功耗为最大功耗为4810 mA=320mA电流。它的优点是占用单片机电流。它的优点是占用单片机机时少，显示稳定可靠。因而在规模较大的实时控机时少，显示稳定可靠。因而在规模较大的实时控制系统中常用这种静态显示方式。制系统中常用这种静态显示方式。2动态显示方式动态显示方式wLED动态显示电路如图动态显示电路如图7-6所示，所示，4位位LED显显示器所有位的段选线对应并连在一起，由一示器所有位的段选线对应并连在一起，由一个个8位位I/O口（口（1）统一进行段选控制，而各位）统一进行段选控制，而各位的的COM端则由另一个端则由另一个I/O口（口（2）进行位选控）进行位选控制（共阴极制（共阴极LED送低电平而共阳极送低电平而共阳极LED送高送高电平）。因此，要显示不同的字符，只能由电平）。因此，要显示不同的字符，只能由单片机通过两个单片机通过两个I/O口依次轮流输出段选码与口依次轮流输出段选码与位选码，循环扫描位选码，循环扫描LED，使其分时显示。，使其分时显示。w例题例题7-2：说明：说明4位共阴极位共阴极LED动态显示动态显示3456数字的数字的工作过程。工作过程。w例题分析：现在让我们来看图例题分析：现在让我们来看图7-6，首先由，首先由I/O口口（1）送出数字）送出数字3的段选码的段选码4FH即数据即数据01001111到到4位位LED共同的段选线上，接着由共同的段选线上，接着由I/O口（口（2）送出点亮左）送出点亮左边第一位边第一位LED的位选码的位选码0111到位选线上，因为到位选线上，因为4位位LED的的COM端分别连在端分别连在I/O口（口（2）的）的D3、D2、D1、D0数据线上，所以高数据线上，所以高4位为无效的位为无效的，是，是0或或1都都可，此时因为左边第一位可，此时因为左边第一位LED的的COM端接低电平端接低电平0，因此只有左边第一位，因此只有左边第一位LED的发光管因阳极接受到的发光管因阳极接受到高电平高电平1的的g、d、c、b、a段有电流流过因而被点亮，段有电流流过因而被点亮，也就是显示出数字也就是显示出数字3，而其余，而其余3位位LEDw不亮；显示一定时间后，再由不亮；显示一定时间后，再由I/O口（口（2）送出位熄）送出位熄灭信号灭信号1111使所有使所有LED不亮，再由不亮，再由I/O口（口（1）送出数字送出数字4的段选码的段选码66H即即 01100110到段选线上，到段选线上，接着由接着由I/O口（口（2）送出点亮左边第二位）送出点亮左边第二位LED的位选的位选码码1011到位选线上，此时因为左边第二位到位选线上，此时因为左边第二位LED的的COM端接地，因此只有左边第二位端接地，因此只有左边第二位LED的发的发光管因阳极接受到高电平光管因阳极接受到高电平1的的g、f、c、b段有电流段有电流流过因而被点亮，也就是显示出数字流过因而被点亮，也就是显示出数字4，而其余，而其余3位位LED不亮；如此再依次送出第三位不亮；如此再依次送出第三位LED、第四位、第四位LED的段选与位选的扫描代码，就能一一分别点亮的段选与位选的扫描代码，就能一一分别点亮各位各位LED，使，使4位位LED从左至右依次显示从左至右依次显示3、4、5、6。w这种动态显示利用了人的视觉惯性，虽然同一时间这种动态显示利用了人的视觉惯性，虽然同一时间里只能显示一位，但通过不断地分时轮流显示，只里只能显示一位，但通过不断地分时轮流显示，只要每位显示保持延时几要每位显示保持延时几ms，刷新周期不超过，刷新周期不超过20ms，就可获得视觉稳定的显示效果。，就可获得视觉稳定的显示效果。w这种显示方式的优点是占用这种显示方式的优点是占用I/O资源少，如资源少，如4位位LED显示器只需显示器只需2个个8位并行口芯片，因而线路简单、硬位并行口芯片，因而线路简单、硬件成本低；又因为分时显示，所以功耗低，最大功件成本低；又因为分时显示，所以功耗低，最大功耗不过是耗不过是810 mA=80 mA电流。电流。但其缺点是需用但其缺点是需用软件程序不断地循环扫描定时刷新，因而占用了单软件程序不断地循环扫描定时刷新，因而占用了单片机的大多数机时。因此，动态显示方式只适用于片机的大多数机时。因此，动态显示方式只适用于小型测控系统，特别是专用于状态显示的数字仪器小型测控系统，特别是专用于状态显示的数字仪器仪表中。仪表中。7.1.3 LED显示器接口电路显示器接口电路w一个实际的微机控制系统，其一个实际的微机控制系统，其LED显示电路显示电路除了要完成把字符转换成对应的段选码的译除了要完成把字符转换成对应的段选码的译码功能以外，还要完成数据锁存与驱动的功码功能以外，还要完成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，下面分别介绍硬件译码论的两种显示方式，下面分别介绍硬件译码和软件译码的电路实例。和软件译码的电路实例。1硬件译码静态显示电路硬件译码静态显示电路w该电路主要采用美国该电路主要采用美国MOTOROLA公司制造的集锁存、译码、公司制造的集锁存、译码、驱动功能为一体的集成电路芯片驱动功能为一体的集成电路芯片MC14495，MC14495能完能完成成4位位BCD码的输入到码的输入到7段十六进段十六进w制数的译码锁存输出，并具有驱动能力。其内部结构与引脚制数的译码锁存输出，并具有驱动能力。其内部结构与引脚如图如图7-7所示。所示。w4位锁存器对位锁存器对D、C、B、A端输入的端输入的BCD码进行锁存，由选码进行锁存，由选通端控制锁存，当通端控制锁存，当=0时，允许输入数据，在时，允许输入数据，在=1时，将数据锁时，将数据锁存。输入译码电路将输入的存。输入译码电路将输入的BCD码码00001001和和10101111译成译成7段并通过驱动电路输出段选码段并通过驱动电路输出段选码g、f、e、d、c、b、a，以使，以使7段段LED数码管显示出数码管显示出0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F等等16个字符。引脚个字符。引脚h+i 为输入数据为输入数据值指示端，当二进制数值指示端，当二进制数DCBA小于小于1010 时，时，h+i=0;w当二进制数当二进制数DCBA大于大于1010时，时，h+i=1。另外，当。另外，当DCBA等于等于1111时，电路输出端时，电路输出端=0，DCBA为其它值时，为高阻。为其它值时，为高阻。驱动器输出驱动器输出10mA电流，并有内部输出限流电阻，可直接与电流，并有内部输出限流电阻，可直接与LED数码管相连接。数码管相连接。w MC14495真值表如表7-2所示，输入4位BCD码，输出十六进制数。w在图7-5 LED静态显示方式的基础上，增加4片MC14495与1片3-8译码器74LS138，就构成了单片机与显示器的一种接口电路实例，如图7-8所示，它可以直接显示4位16进制数。w让我们简单分析一下电路：单片机P1.7与译码器控制端G1相连，当P1.7为高电平时，电路处于“开”显示状态，由P1.6、P1.5、P1.4的代码组合可以依次选通各位MC14495的，使P1.3 P1.0送出的BCD码在由低转高电平时被MC14495锁存并译码，输出的高电平用于驱动共阴极LED。由于MC14495内部带有驱动器与限流电阻，所以和LED显示器可直接连接。w例题例题7-3：编制一段接口程序，使该电路实现：编制一段接口程序，使该电路实现3456的静态显示。的静态显示。w例题分析：设要显示的例题分析：设要显示的4位数位数3、4、5、6的的BCD码码依次存放在以依次存放在以DATA为首的为首的4个个RAM单元中的低四位，单元中的低四位，而高四位已全部清零。显示程序设计如下：而高四位已全部清零。显示程序设计如下：w w MOV R0,DATA ；设置数据区首址；设置数据区首址w MOV A,R0 ；要显示的第一位；要显示的第一位BCD码码送累加器送累加器Aw ADD A,#80H ；第一位译码器地址送累加；第一位译码器地址送累加器器A中高四位中高四位 w MOV P1，A ；累加器；累加器A中数据送中数据送P1口，口，第一位第一位LED显示显示3w INC R0 ；数据区地址；数据区地址+1w MOV A,R0 ；要显示的第二位；要显示的第二位BCD码码送累加器送累加器Aw ADD A,#90H ；第二位译码器地址送累加；第二位译码器地址送累加器器A中高四位中高四位w MOV P1,A ；第二位；第二位LED显示显示4w w w INC R0w MOV A,R0w ADD A,#B0Hw MOV P1,A ；第四位；第四位LED显示显示6 2软件译码动态显示电路软件译码动态显示电路w在图在图7-6 LED动态显示方式的基础上，可以增动态显示方式的基础上，可以增加加2片锁存器也可以直接用单片机片锁存器也可以直接用单片机AT89C52的的P2口与口与P1口分别进行段选与位选的锁存控口分别进行段选与位选的锁存控制，如图制，如图6-9所示。在段选通道中再串有所示。在段选通道中再串有8个个三极管以正向驱动三极管以正向驱动LED的的8个阳极，在位选通个阳极，在位选通道中用道中用1个达林顿阵列个达林顿阵列MC1413（含（含7个复合个复合三极管）对三极管）对LED的阴极的阴极COM端进行反向驱动，端进行反向驱动，这就构成了单片机与显示器的一种动态接口这就构成了单片机与显示器的一种动态接口电路实例。而译码扫描功能由软件编程来完电路实例。而译码扫描功能由软件编程来完成。成。例题6-4：编制一段接口程序，使该电路实现3456的动态显示。例题分析：先把要显示的4位数3、4、5、6分别送入单片机内部RAM 30H、31H、32H、33H四字节单元中，然后把要显示的第一位数3转换为段选码，通过单片机P2口送到段选通道，再由P1口送出第一位的位选码到位选通道，从而第一位LED显示3；依次类推，使第二位LED、第三位LED和第四位LED分时显示4、5、和6。显示程序如下：MOV 30H，#3 ；把RAM 30H置3 MOV 31H，#4 ；把RAM 31H置4 MOV 32H，#5 ；把RAM 32H置5 MOV 33H，#6 ；把RAM 33H置6DIS_1:；显示第一位；显示第一位LED MOV A,30H ；将；将30H中要显示的十进制中要显示的十进制数，通过查表转换为段选码数，通过查表转换为段选码 MOV DPTR,#TAB；MOVCA,A+DPTR MOV P2,A ；把段选码送；把段选码送P2口口 MOV P1,#01H ；送位选码选通第一；送位选码选通第一 位位LEDDIS_2:；显示第二位；显示第二位LED MOV A,31H ；原理说明同第一位；原理说明同第一位 MOV DPTR,#TAB MOVCA,A+DPTR MOV P2,A MOV P1,#02HDIS_3:；显示第三位；显示第三位LED MOV A,32H ；原理说明同第一位；原理说明同第一位 MOV DPTR,#TAB MOVCA,A+DPTR MOV P2,A MOV P1,#04HDIS_4:MOV A,33H ；第四位显示；第四位显示MOV DPTR,#TAB ；原理说明同第一位；原理说明同第一位MOVCA,A+DPTRMOV P2,AMOV P1,#08HTAB：DB3FH，06H，5BH，4FH；十；十进制的进制的09对应的段选码。对应的段选码。DB66H，6DH，7DH，07H DB7FH，6FH END3串行接口静态显示电路串行接口静态显示电路w上述两个电路都是使用单片机的并行上述两个电路都是使用单片机的并行I/O口输口输出显示数据的。在有些情形下，特别是应用出显示数据的。在有些情形下，特别是应用低档型的只有低档型的只有20个引脚的个引脚的AT89C2051时，除时，除掉信号输入、信号输出、按键输入以及看门掉信号输入、信号输出、按键输入以及看门狗狗 WDT电路、复位电路等常规接口连线外，电路、复位电路等常规接口连线外，一般所剩只有几个一般所剩只有几个I/O口线，数据的并行输出口线，数据的并行输出已不可能，这时可以考虑利用单片机的串行已不可能，这时可以考虑利用单片机的串行通信口来扩展数据的并行输出。通信口来扩展数据的并行输出。w图图7-10给出一个单片机串行口扩展的给出一个单片机串行口扩展的4位位LED静态静态显示电路，该显示电路只使用单片机显示电路，该显示电路只使用单片机2051的三个的三个端口端口P1.7、P3.0（RXD）、）、P3.1（TXD），配以），配以4片串入并出移位寄存器片串入并出移位寄存器74LS164与与1片三端可调稳片三端可调稳压器压器LM317T。其中。其中74LS164的引脚的引脚AH为为8位并位并行输出端；引脚行输出端；引脚DA、DB为串行输入端；引脚为串行输入端；引脚CLK为时钟脉冲输入端，在为时钟脉冲输入端，在CLK 脉冲的上升沿作用下脉冲的上升沿作用下实现移位，在实现移位，在CLK=0、清除端、清除端=1时，时，74LS164保保持原来数据状态；持原来数据状态；=0时，时，74LS164输出清零。输出清零。w其工作过程如下：其工作过程如下：2051的串行口设定在方式的串行口设定在方式0移位移位寄存器状态下寄存器状态下，串行数据由，串行数据由P3.0发送，移位时钟发送，移位时钟由由 P3.1送出。在移位时钟的作用下，串行口发送送出。在移位时钟的作用下，串行口发送缓冲器的数据一位一位地移入缓冲器的数据一位一位地移入74LS164中。中。4片片74LS164串级扩展为串级扩展为4个个8位并行输出口，分别连接位并行输出口，分别连接到到4个个LED显示器的段选端作静态显示。显示器的段选端作静态显示。w由于由于74LS164无并行输出控制端，因而在串行输入无并行输出控制端，因而在串行输入过程中，其输出端的状态会不断变化，造成过程中，其输出端的状态会不断变化，造成LED字字段不应有的闪烁。一般可在段不应有的闪烁。一般可在74LS164的输出端加接的输出端加接4片锁存器或三态门，也可以采用片锁存器或三态门，也可以采用1片三端可调稳压器片三端可调稳压器LM317T解决此问题。图中解决此问题。图中317T的的3、2脚分别是电脚分别是电压输入、输出端，压输入、输出端，317T的的1脚是电压调整端，脚脚是电压调整端，脚2输输出电压随脚出电压随脚1电压而变化，脚电压而变化，脚1与接地电阻之间并一与接地电阻之间并一个个NPN三极管，它的基极受三极管，它的基极受P1.7口线控制。当串行口线控制。当串行输入开始时，使输入开始时，使P1.7口线为高电平，三极管饱和导口线为高电平，三极管饱和导通使通使317T的脚的脚1约为约为0.3V，脚，脚2输出电压随之下降到输出电压随之下降到1.5V不足以使共阳极不足以使共阳极LED 发光，故此时串行输入的发光，故此时串行输入的影响不会反映到影响不会反映到LED上；当全部串行输入结束后，上；当全部串行输入结束后，再使再使P1.7口线为低电平，三极管截止，脚口线为低电平，三极管截止，脚2输出电压输出电压因脚因脚1电压增高便上升到电压增高便上升到2.0V使使LED正常发光。这样正常发光。这样便消除了数据串行输入过程造成的便消除了数据串行输入过程造成的LED字段闪烁现字段闪烁现象。象。w移位寄存器移位寄存器74LS164没有译码功能仅有串入没有译码功能仅有串入并出作用。因此，并出作用。因此，LED要显示的系统字符必要显示的系统字符必须通过软件查表译码法使要显示的数据转换须通过软件查表译码法使要显示的数据转换成段选码成段选码，然后由，然后由2051的的P3.0口送入口送入164 的的串行输入端，再并行输出到串行输入端，再并行输出到LED的段选端。的段选端。注意，本例中采用的是共阳极注意，本例中采用的是共阳极LED显示器，显示器，需要依据图中需要依据图中LED的段排列及其连线找到与的段排列及其连线找到与之对应的段选码。之对应的段选码。w电路中电路中4位位LED可以分别显示百位、十位、个可以分别显示百位、十位、个位、十分位，串行输入数据的顺序应先是十位、十分位，串行输入数据的顺序应先是十分位，然后个位、十位，最后为百位。相应分位，然后个位、十位，最后为百位。相应的显示子程序流程图如图的显示子程序流程图如图7-11所示。所示。7.2 LCD液晶显示器液晶显示器w主要知识点主要知识点:7.2.1 LCD显示器结构原理显示器结构原理7.2.2 LCD显示器驱动方式显示器驱动方式7.2.3 LCD显示器接口电路显示器接口电路wLCD液晶显示器是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器，如图7-12所示。它具有功耗极低、体积小、抗干扰能力强、价格廉等特点，目前已广泛应用在各种显示领域，尤其在袖珍仪表和低功耗应用系统中，LCD已成为一种主导地位的显示器件。7.2.1 LCD显示器结构原理显示器结构原理wLCD(液晶显示器液晶显示器Liquid Crystal Display的英文缩的英文缩写写)是借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动是借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。液晶是一种介于液体与固体之间的热力显示器件。液晶是一种介于液体与固体之间的热力学的中间稳定相，在一定的温度范围内既有液体的学的中间稳定相，在一定的温度范围内既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各向异性。流动性和连续性，又有晶体的各向异性。wLCD器件的结构如图器件的结构如图7-13所示，在上、下两片导电所示，在上、下两片导电玻璃电极板之间封入液晶材料，液晶分子在上、下玻璃电极板之间封入液晶材料，液晶分子在上、下玻璃电极上呈水平排列，但排列方向互为正交，而玻璃电极上呈水平排列，但排列方向互为正交，而电极间的分子呈连续扭转过渡，从而使光的偏振方电极间的分子呈连续扭转过渡，从而使光的偏振方向旋转向旋转90 o。当外部入射光线通过上偏振片后形成。当外部入射光线通过上偏振片后形成 w偏振光，该偏振光通过平行排列的液晶材料后被旋偏振光，该偏振光通过平行排列的液晶材料后被旋转转90 o，正好与下偏振片的水平偏振方向一致。因，正好与下偏振片的水平偏振方向一致。因此，它能全面穿过下偏振片到达反射板，从而反射此，它能全面穿过下偏振片到达反射板，从而反射回来，使回来，使w显示器件呈透明状态。若上、下电极加上一定的电显示器件呈透明状态。若上、下电极加上一定的电压后，电极部分的液晶分子转成垂直排列，失去旋压后，电极部分的液晶分子转成垂直排列，失去旋光性，致使从上偏振片入射的偏振光不被旋转，即光性，致使从上偏振片入射的偏振光不被旋转，即与下偏振片的水平偏振方向垂直，因而被下偏振片与下偏振片的水平偏振方向垂直，因而被下偏振片吸收，无法到达反射板形成反射，所以呈现出黑色。吸收，无法到达反射板形成反射，所以呈现出黑色。据此，可将电极做成文字、数字或其它图形形状，据此，可将电极做成文字、数字或其它图形形状，通过施加电压就可以获得各种形态的黑色显示。通过施加电压就可以获得各种形态的黑色显示。7.2.2 LCD显示器驱动方式显示器驱动方式wLCD的驱动方式一般有直接驱动（静态驱动）和多的驱动方式一般有直接驱动（静态驱动）和多极驱动（时分割驱动）两种方式。采用直接驱动的极驱动（时分割驱动）两种方式。采用直接驱动的LCD电路中，显示器件只有一个背极（即下玻璃电电路中，显示器件只有一个背极（即下玻璃电极基板），但每个字符段都有独立的引脚；而多极极基板），但每个字符段都有独立的引脚；而多极驱动的驱动的LCD电路中，显示器具有多个背极，各字符电路中，显示器具有多个背极，各字符段按点阵结构排列，这是显示字段较多时常采用的段按点阵结构排列，这是显示字段较多时常采用的驱动方式。驱动方式。w现以较简单的直接驱动方式为例加以说明。图现以较简单的直接驱动方式为例加以说明。图714是单个字段的驱动电路及工作波形。图中是单个字段的驱动电路及工作波形。图中LCD为为液晶显示字段，用液晶显示字段，用2个平行相对的电极表示，当字个平行相对的电极表示，当字段上两个电极的电压相位相同时，两电极的电位差段上两个电极的电压相位相同时，两电极的电位差为零，该字段不显示；当字段上两个电极的电压相为零，该字段不显示；当字段上两个电极的电压相 w位相反时，两电极的电位差为单个电极电压幅值的位相反时，两电极的电位差为单个电极电压幅值的2倍，该字段呈现黑色显示。由于直流电压驱动倍，该字段呈现黑色显示。由于直流电压驱动LCD会使液晶产生电解和电极老化，所以要采用交会使液晶产生电解和电极老化，所以要采用交流电压驱动。一般把流电压驱动。一般把LCD的背极（公共端的背极（公共端COM）连）连到一个异或门的输入端到一个异或门的输入端X，LCD的另一极连接异或的另一极连接异或门的输出端门的输出端Z，工作时，工作时X端加上频率固定的方波信号，端加上频率固定的方波信号，当控制端当控制端Y=“0”时，经异或后，时，经异或后，Z端的电压将永远与端的电压将永远与X端相同，则端相同，则LCD极板间的电位差为零，字段消隐极板间的电位差为零，字段消隐不显示。当控制端不显示。当控制端Y=“1”时，时，Z端与端与X端电压反相位，端电压反相位，则则LCD极板间呈现反电压极板间呈现反电压VXY，且为，且为2倍的电压幅倍的电压幅值，此时字段显示。可见该字段是否显示完全取决值，此时字段显示。可见该字段是否显示完全取决于控制端于控制端Y。w图图7-15为为7段液晶显示器的电极配置及译码驱动电路，段液晶显示器的电极配置及译码驱动电路，7个字段的几何排列顺序与个字段的几何排列顺序与LED的的“日日”字型相同。字型相同。A、B、C、D为二进制为二进制BCD码的输入端，译码器的码的输入端，译码器的7段输出段输出a、b、c、d、e、f、g引脚分别接引脚分别接7个字段驱个字段驱动电路的控制端动电路的控制端Y，公共端，公共端COM接一定周期的方波接一定周期的方波信号。信号。7段段LCD的译码及数字显示如表的译码及数字显示如表7-3所示，现所示，现以第以第1行为例加以说明。当行为例加以说明。当D、C、B、A输入端接收输入端接收到的到的BCD码为码为0000时，译码输出的时，译码输出的7段段a、b、c、d、e、f、g分别为分别为1111110，图，图7-14告诉我们，当控制告诉我们，当控制端为端为“1”时，字段显示，因而除了时，字段显示，因而除了g字段不显示外，字段不显示外，其余其余6个字段全都显示，即显示字符个字段全都显示，即显示字符0。7.2.3 LCD显示器接口电路显示器接口电路1.硬件电路硬件电路w同同LED一样，一样，LCD与单片机的显示接口电路也有多种。我与单片机的显示接口电路也有多种。我们仍讨论上文的直接驱动方式，现以们仍讨论上文的直接驱动方式，现以6位位LCD静态显示电静态显示电路为例，如图路为例，如图7-16所示。所示。wLCD采用采用6位显示屏，它的译码驱动只需使用单片机的一位显示屏，它的译码驱动只需使用单片机的一个个8位并行位并行I/O口，配上口，配上1片单稳多谐振荡器片单稳多谐振荡器4047、6片片BCD7段译码驱动器段译码驱动器4056、2片片4位液晶显示驱动器位液晶显示驱动器4054和和1片片4-16译码器译码器4514，就组成了一个完整的，就组成了一个完整的LCD显示接口显示接口电路。电路。w6个个LCD的背极的背极COM端统一由端统一由4047构成的振荡电路提供方构成的振荡电路提供方波信号，波信号，7段段a、b、c、d、e、f、g 分别由分别由6个个4056的相的相应段驱动。应段驱动。4514虽为虽为4-16译码器，本例将代码输入端译码器，本例将代码输入端 Dw接地，只用代码输入端的接地，只用代码输入端的A、B、C，以使译码输出，以使译码输出高电平有效的高电平有效的S0S7引脚轮流选通引脚轮流选通6个个4056和和2个个4054，而代码输入端的，而代码输入端的A、B、C与单片机的与单片机的P1.4、P1.5、P1.6相连，也是高电平有效的控制输入端相连，也是高电平有效的控制输入端IBT与与P1.7连接，从而完成高电平输出的连接，从而完成高电平输出的3-8译码功译码功能。能。4056的的4位输入位输入BCD码由单片机的码由单片机的P1.3、P1.2、P1.1、P1.0提供。这样，由单片机提供。这样，由单片机P1口的低口的低4位输位输出出LCD的段选码而由高的段选码而由高4位输出位选码。另外，位输出位选码。另外，4054为为4位液晶显示驱动器，位液晶显示驱动器，4位入位入4位出，作为位出，作为6个个小数点驱动，所以需要添加小数点驱动，所以需要添加2片片4054。w由于由于4056、4054的锁存输出功能，使该电路称为静的锁存输出功能，使该电路称为静态显示电路。为了与液晶显示的低功耗相适应，全态显示电路。为了与液晶显示的低功耗相适应，全部芯片皆选用部芯片皆选用CMOS器件。器件。2显示程序显示程序 设单片机内设单片机内 RAM20H25H六个单元为显示缓冲区，六个单元为显示缓冲区，每个单元字节的低每个单元字节的低4位依次存放要显示的位依次存放要显示的4位位BCD码，码，相应的显示驱动子程序如下：相应的显示驱动子程序如下：DISP：MOV R0，#20H ；显示缓冲单元首址送；显示缓冲单元首址送R0 MOV R3，#00H ；位选码（左边第；位选码（左边第1位）送位）送R3 MOV R4，#06H ；位数（；位数（6位）送位）送R4LOOP：MOV A，R3 ；位选码送；位选码送A SWAP A ；位选码转为高；位选码转为高4位位 MOV R2，A ；保存位选码（在高；保存位选码（在高4位）位）MOV A，R0 ；取显示；取显示BCD码码 ORL A，R2 ；位选码（高；位选码（高4位）与位）与BCD码（低码（低4位）组合位）组合 ORL A，#80H ；ACC7置置1 MOV P1，A ；输出组合码；输出组合码 ANL P1，#7FH ；清零；清零P1.7位位 ORL P1，#80H ；P1.7再置再置1 INC R3 ；指向下一位显示数；指向下一位显示数 INC R0 ；指向下一位显示缓冲单元；指向下一位显示缓冲单元 D