安卓工控主板显示器接口设计-深圳联智通达科技有限公司
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作者:lanxus
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发布时间: 2019-10-28
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显示部件是人机对话的另一种重要手段，它的主要作用是将系统内部和外设的相关状态显示出来以供用户查看。常用的显示部件有作为指示灯的发光二极管、数码管显示器和液晶显示器等。发光二极管是最简单的显示部件，它可以显示系统内部的某个状态。数码管显示器可以显示更多的内容，如数字1～9及字母A～F。液晶显示器则可以显示更多的数据和图像，从显示结构上又可分为段式显示屏和点阵式显示屏。其中，段式显示屏只能显示器、液晶显示器接口电路的设计。
显示部件是人机对话的另一种重要手段，它的主要作用是将系统内部和外设的相关状态显示出来以供用户查看。常用的显示部件有作为指示灯的发光二极管、数码管显示器和液晶显示器等。发光二极管是最简单的显示部件，它可以显示系统内部的某个状态。数码管显示器可以显示更多的内容，如数字1～9及字母A～F。液晶显示器则可以显示更多的数据和图像，从显示结构上又可分为段式显示屏和点阵式显示屏。其中，段式显示屏只能显示器、液晶显示器接口电路的设计。
1．发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种由某些特殊的半导体材料制成的PN结，当正向偏置时，由于大量的电子-空穴复合，LED 释放出热量而发光。LED 的正向工作压降一般为1.2～2 V，发光工作电流（正向电流）一般为1～20 mA，发光强度与正向电流成正比。LED显示器具有工作电压低、体积小、寿命长（约10万小时）、响应速度快（小于1 μs）、颜色丰富（如红、黄、绿等）等特点，是智能设备中常使用的显示部件。
目前，LED显示器的形式主要有单个LED指示灯、段式LED显示器和点阵式LED显示器三种形式。
单个LED指示灯实际上就是一个发光二极管，可以由一个二进制数来表示其亮、灭，指示信号的有、无，以及电源的通、断，或信号幅值是否超过阈值等。实际中，可以通过微处理器I/O接口的某一位来控制LED指示灯的亮与灭。下面主要介绍段式LED显示器和点阵式LED显示器两种类型。
2．段式LED显示器及应用
段式LED显示器一般也称为八段发光二极管显示器，由于本身的价格低廉、体积小、功耗低、可靠性好的特点，所以在廉价的设备和仪器中普遍使用。
八段LED显示器由8个LED组成一个阵列，并封装于一个标准尺寸的管壳内。为了适用于不同的驱动方式，结构形式有共阳极和共阴极两种类型，常用的八段LED显示器的内部结构及引脚如图1所示。
正常工作时，段式LED显示器需外接限流电阻，如果不采取限制电流大小的措施，会很容易烧毁LED。限流电阻的取值范围要保证流经发光二极管的电流为1～20 mA。段式LED显示器从工作原理上可分为静态显示和动态显示两种方式，下面将分别进行介绍。
（1）静态显示方式。静态显示方式是指在显示某一数字或字符时，相应段的发光二极管导通（连续发光）或截止（熄灭）。在静态显示方式中，每个数码管都应有各自的驱动器件，为了便于程序控制，在选择驱动器件时，往往选择带锁存功能的器件，用以锁存各自等待显示的数码值。因此，静态显示方式在每一次显示输出后能够保持显示不变，仅在等待显示的数码需要改变时，才更新其锁存的内容。
在图1所示的共阴极结构中，公共阴极接低电平（通常接地），当阳极上（a～dp）为高电平时，对应的段被点亮；当阳极（a～dp）为低电平时，对应段熄灭。在图2所示的共阳极结构中，公共阳极接高电平，当阴极上（a～dp）为低电平时，对应的段被点亮；当阴极上（a～dp）为高电平时，对应的段熄灭。LED的显示字符与段码之间的关系如表1所示，八段LED显示器的静态驱动电路如图2所示。
这种显示方式的优点是亮度高、控制程序简单、显示稳定可靠；其缺点是器件的功耗较大，当显示的位数较多时，占用的I/O接口较多。
（2）动态显示方式。当显示位数较多时，宜采用动态显示方式，即所有位的段选线并联起来，由一个8位I/O接口控制，而各个数码管的共阳极或共阴极分别由相应的I/O接口控制，形成各位数码管轮流选通，即LED显示器分时轮流工作，每次只能使一位的LED显示1～5 ms。由于人的视觉暂留现象和发光二极管的余辉效应，会感觉所有的器件都在同时显示，从而获得稳定的视觉效果。这种显示方式的优点是占用I/O端口少。随着高亮度LED的出现，动态显示同样可以达到很好的显示效果。
在动态显示方式下，可以采用程序控制扫描或者定时中断扫描两种工作方式。由于程序控制扫描方式要占用许多CPU时间，所以在实际应用中通常采用定时中断扫描方式。定时中断扫描方式就是每隔一定时间（如1 ms）让一个LED显示，其他只是利用余辉来保持亮度。假设系统中有4个LED，那么显示器的显示扫描周期就为4 ms。
图3所示为八段LED显示器的动态驱动电路，采用共阳极接法，单片机P1口作为段码信息输出口，P3口中的低4位作为位码控制输出口。在每次显示时，单片机需要将显示信息的段码信息（被点亮的那段值为0）送至P1口，经过驱动器连接到各个LED的相应段，然后将需要控制显示的位码分别送入 P3.0、P3.1、P3.2、P3.3端口，通过同相驱动器（三极管），使要被显示的LED的阳极变为高电平，而其他LED的阳极为低电平不显示。这样延迟1 ms左右后，再更换为下一显示位的段码信息和控制位码信号，这样采用依次循环显示的方式就可以获得显示的全部信息。
3．点阵式LED显示器及应用
八段LED显示器显示的数码和符号都比较简单，如果要显示汉字或者字形逼真的字符则比较困难。点阵式LED显示器是以点阵格式进行显示的，其优点是显示的信息比较逼真，易于识别，不足之处是接口电路及控制程序比较复杂。点阵式LED显示器一般有5×7点阵、8×8点阵、16×16点阵等形式模块。例如，5×7点阵显示模块是由35个发光二极管组成5列×7行的矩阵形式。使用多个点阵式LED显示器可以组成大屏幕LED显示屏，用来显示汉字、图形和表格，而且能产生各种动画效果，已成为新闻媒介和广告宣传的有力工具，其应用已越来越普遍。
点阵式LED显示器常采用动态扫描方式显示，图4所示为按列扫描的5列×7行共阴极点阵式LED显示器驱动接口电路。
图4中，点阵式LED显示器的行驱动电路由7只小功率三极管或由集成芯片的驱动器组成，列驱动电路由1片6反相驱动器74LS04组成。51系列单片机AT89S52通过P1口输出行信号，通过P3.3～P3.7输出列扫描信号。点阵式LED显示器在某一瞬间只有一列 LED 能够发光。当扫描到某一列时，P1口按这一列显示状态的需要输出相应的一组行信号。这样每显示一个数字或符号，就需要5组信息位数据（其行数据是7位）。在显示缓冲区中，由于每个字符有5组信息位数据，就要占用5个字节（最高位空位，其内置为1）。
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