LED数码显示与接口电路设计

N个LED单字数码管可接成N位数码显示，图13-12所示为4位LED显示的电路原理图。

4个LED数码管有4根位选线和4×8=32根段码线。段码线连接数据线，控制显示输出数字或字符的字形代码，而位选线是各个数码管的公共端，通过控制接通电流，从而控制各个数码管显示或不显示。根据电路的连接方式不同，LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式。

1.静态显示

静态显示是指每一个显示器都要占用单独的、具有锁存功能的I/O接口，以用于锁存字形代码。当显示某一个字符时，单片机仅需要将要显示的字形代码发送到接口电路，数码管的相应段恒定地导通或截止，从而稳定地显示数字或字符，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机的CPU开销小。实际应用中可以提供单独锁存的I/O接口电路很多，图13-13所示为一种常用静态显示电路。

图13-11 双字LED显示器结构

a）分立式双字共阳极接法 b）分立式数字共阴极接法 c）总线式双字共阴极接法 d）总线式双字共阳极接法 e）符号与引脚 f）符号与引脚

图13-12 4位LED显示电路原理图

74HC164是一种能够实现串-并转换的芯片，串行接收输入数据，并行锁存输出数据，常用作单片机串行显示电路。用89C51单片机作串行显示，必须工作在方式0，RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。串口从低位开始逐位移出，每输入1个脉冲移出1位，8个时钟脉冲过后，一个8位的二进制数全部移入74HC164中，即从串口最先输出的低位（D0）挤到74HC164的QH最高位，从串口最后移出的高位（D7）送到了QA。下面是静态显示3位50H～52H中的数的子程序：

图13-13 静态显示接口电路

(www.xing528.com)

除此之外，还可以用74LS273、74LS573和74LS595等器件扩展实现静态显示接口。

静态显示的优点是显示稳定，显示亮度大，可节省CPU刷新时间，提高CPU工作效率。但静态显示的显示位数增多时需要接口芯片多，使用I/O端口线也多，增大了显示成本，增加了PCB布线与制作难度。因此，当显示位数较多时，常采用动态显示。

2.动态显示

动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，需要分时送出段选码和位选码，每次控制一个数码管显示。动态显示时数码显示的亮度与导通电流有关，也与导通时间和间隔时间比例有关。调整电流和时间参数，使显示稳定、亮度提高。图13-14所示是用74LS164、晶体管和总线式四字一体的共阴数码管构成的动态显示电路。在四字数码管中，每个字的相同段位都连接在一起，每个字各引出一个公共端（COM）。图13-15所示是用74LS273、74LS139和4个单字共阳数码管构成的动态显示电路。

图13-14选择一个四字一体共阴数码管构成动态显示，使用了单片机的串口和4根I/O口线。而图13-15使用了10根I/O口线，图中扩展了一片74LS273输出段码，CLK高电平输出锁存驱动数码管；用一片74LS139二-四译码器送出位选码，分时选通一个数码管显示，即在同一时刻，4个数码管中只有一个数码管显示数字或字符，其他3个不显示。这样，只要轮流显示的扫描速度足够快，就能在4个数码管上看到4个“静态”显示的数字或字符。动态显示程序设计如下：

图13-14 动态显示接口电路（串口连接方式）

图13-15 动态显示接口电路（并行连接方式）

动态显示是根据人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应来实现的，尽管实际上各个数码管并非同时点亮，但只要扫描点亮一遍的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的同时显示字符，不会有闪烁感。由于动态显示需要分时送出段选码和位选码，显示扫描频率有一定的要求：频率太低，显示的数据将出现闪烁或熄灭现象；如果频率太高，每个数字显示点亮的间隔时间太短，使亮度太低无法看清。扫描频率一般为25～100Hz，点亮间隔取1～3ms。因此，在实际编程时，既要考虑间隔时间，也要选择合适的扫描时间，可由一个延时程序来实现点亮间隔。