单片机应用技术：LED显示器扩展效果

（1）LED显示器结构方式

LED就是发光二极管（Light Emiting Diode），它是将电信号转换为光信号的电致发光器件。LED显示器由条形发光二极管组成，通过控制发光二极管的亮暗组合，显示多种数字、字母及其他符号，如图7.6所示，也称为数码管。常用数码管有7段数码管和8段数码管。7段数码管由7个条形发光二极管组成。8段数码管是在7段发光二极管的基础上加一个圆点型发光二极管（图7.6（a）以h表示），用于显示小数点。

图7.6　8段LED显示器

LED显示器根据发光二极管的公共引脚的接法分为两种。一种是共阳极LED显示器，即8个发光二极管的阳极都连在一起，公共端接高电平，阴极端接低电平点亮，接高电平不亮，如图7.6（c）所示；另一种是共阴极LED显示器，即8个发光二极管的阴极都连在一起，公共端接地，阳极端接高电平点亮，接低电平不亮，如图7.6（b）所示。共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名及安排位置是相同的。每段工作电流为5～10 mA，一只数码管的8段LED全亮需要电流为40～80 mA。这样大的电流需要由驱动电路提供，因此，使用时要注意数码管的驱动问题。由于LED具有发光响应快、亮度强、高频特性；体积小、质量轻、机械性能好；工作电压低、驱动电流适中；寿命长等特点，因此，使用非常广泛。

（2）LED显示译码方式

LED译码就是LED显示不同数字或符号的各段状态组合，即字形代码，也称为LED的段码。常用的译码方式有硬件译码和软件译码。硬件译码是通过专用的译码器件提供固定的段码给LED显示，如常用的BCD码转7段共阴译码/驱动芯片74LS48，BCD码转7段共阳译码/驱动芯片74LS47。此种译码方式，编程简单、字形固定，但硬件开销大、成本高。软件译码是通过编程提供段码给LED显示。这种方式，编程复杂，字型灵活，节省译码器件，成本低。下面来研究一下软件译码的段码。7段数码管的段码为7位，8段数码管的段码为8位，可用一个字节表示。8个笔划段hgfedcba对应于一个字节（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0，见表7.1，这样可用8位二进制不同组合表示各种显示字符的字形代码。

表7.1　段位与段名对应关系表

当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合显示各种字符。段码的值与数码管公共引脚的接法（共阳极和共阴极）有关。以8段数码管为例，显示十六进制数的段码值在表7.2中列出。

表7.2　十六进制数段码表

必须注意的是：很多产品为方便接线，常不按规则的方法去对应字段与位的关系，这时字形码就必须根据接线来确定本系统显示的段码表。(www.xing528.com)

（3）LED显示方式

在单片机应用系统中，LED显示器的显示常用静态显示和动态扫描显示两种方法。

单片机中应用最为广泛的一种LED显示方式是动态扫描显示接口。其接口电路形式是每一个显示器的公共端COM分别用独立的I/O线控制，称为位控；而将所有LED显示器的同名段分别连在一起形成共用的abcdefgh端，只用一个8位并行I/O线控制，称为段控。程序向段控输送段码时，所有显示器收到相同的字形码，但最终哪个显示器亮，则受接在COM端的位控I/O线控制。动态扫描是指程序采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1 ms），利用人的视觉暂留现象及发光二极管的余晖效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。而实际上，某一时刻，只有一个显示器是点亮的，为了保持这种显示，这段程序必须定时反复执行。

图7.7所示就是利用8255并行接口扩展，实现的4位共阴LED显示器的动态扫描应用。其中4个LED的段码输入共用8255的PB口输出经过74LS244提供，每一位LED位控信号由PC口提供。位控线的驱动电流较大，因此，PC口输出加接74LS06反相器，以提高驱动能力。从左到右分别将各LED编号为LED3、LED2、LED1和LED0。

静态显示的接口形式是每一个显示器的段控分别用单独的、具有锁存功能的I/O接口控制。单片机中的程序只须把要显示数字或符号的段码发送到接口电路，直到要显示新的数据时，再发送新的段码。此时，各LED是各自独立点亮。静态显示使单片机中CPU的开销小，但I/O接口电路较多。

以常用的串并转换芯片74LS164为例，介绍一种常用静态显示电路，如图7.8所示。74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。具体可参考相关技术手册。

图7.7　LED动态显示方式

图7.8　LED动态显示方式

51单片机串行口方式设为移位寄存器方式，外接4片SN74LS164作为4位共阴LED显示器的静态显示接口。4片7LS164首尾相串，时钟端接在一起，把8051的RXD作为数据输出线，接第一片74LS164的A、B（第1、2脚）串行数据输入端。TXD作为移位时钟脉冲，接4片74LS164的CLK（第8脚）时钟输入端，每一个时钟信号的上升沿加到CLK端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。对于CLR（第9脚）74LS164的复位端，当CLR=0时，移位寄存器各位复0，只有当CLR=1时，时钟脉冲才起作用。74LS164的（第3—6和第10—13引脚）并行输出端分别接LED显示器的各段对应的引脚。当输入8个脉冲时，从单片机RXD端输出的数据就进入到第一片74LS164中。当第二个8个脉冲到来后，这个数据就进入第二片74LS164，而新的数据则进入了第一片74LS164。如此，当第4个8个脉冲完成后，首次送出的数据被送到了最右边的74LS164中，此时4片74LS164都有显示的段码。