基于單片機(jī)的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示器的設(shè)計(jì)方案

1.前言

數(shù)碼管靜態(tài)顯示系統(tǒng)需要占用過多的單片機(jī)口線，但是可以保證正常的亮度。為了解決占用口線較多而浪費(fèi)硬件資源等問題，研究人員開發(fā)了一系列諸如74HC595的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，該類芯片可以實(shí)現(xiàn)串行轉(zhuǎn)并行的工作方式，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示。但是，這樣一種工作方式暴露出控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性不足等問題，在某些對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間要求比較高的場合的應(yīng)用產(chǎn)生了一定的限制。為了解決上述幾個(gè)弊端，本文提出了一種基于單片機(jī)的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示器的設(shè)計(jì)方案，以IAP15F2K61S2系列單片機(jī)做控制核心，并采用全新的軟硬件電路實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。

2.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 顯示器外觀設(shè)計(jì)

本顯示器采用六個(gè)共陽極的數(shù)碼管，按照通常的做法，六個(gè)數(shù)碼管水平排列在產(chǎn)品的最上方，如圖1所示，這樣的設(shè)計(jì)可以方便的將控制系統(tǒng)的控制狀態(tài)顯示出來。下方采用的是40管腳DIP封裝的單片機(jī)，所有并行口線都安排了插針，可以方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的外部擴(kuò)展，增強(qiáng)本顯示器的可移植性。

采用透明的亞克力材料制作顯示器的外殼，可以很好的進(jìn)行可見光線傳播，同時(shí)，可以堅(jiān)固的固定電路板。

2.2 顯示器控制核心的選擇IAP15F2K61S2單片機(jī)是宏晶科技有限公司(STC)于2013年所推出的最新款的1T單片機(jī)，是常規(guī)51單片機(jī)的加強(qiáng)版。該系列單片機(jī)的運(yùn)行速度要比普通51單片機(jī)快7-12倍，可以較大幅度的提高單片機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

IAP15F2K61S2單片機(jī)集成了豐富的實(shí)用功能部件，簡化了常規(guī)單片機(jī)最小系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，省去了外部復(fù)位電路和時(shí)鐘電路等部分，優(yōu)化了管腳配置，配置了五個(gè)8位(P0,P1,P2,P3,P4)和一個(gè)2位(P5)通用并行I/O口線。

本顯示器配置IAP15F2K61S2單片機(jī)的P2口的低六位作為數(shù)碼管的選擇控制信號(hào)，P0口作為數(shù)碼管的顯示段碼傳送數(shù)據(jù)總線。

2.3 顯示器控制電路設(shè)計(jì)

本顯示器的控制電路包括電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊、程序下載模塊等模塊，產(chǎn)品電路原理圖如圖2所示。

顯示器的電源模塊采用兩種供電方式。

第一種方式是通過USB轉(zhuǎn)串行口的下載器給顯示器供電，第二種方式是通過5V直流電源適配器供電，另外還可以方便的改裝成220V交流電供電，下載器的供電電源來自計(jì)算機(jī)的USB口，能夠提供給控制系統(tǒng)的電流太小，影響了數(shù)碼管的正常顯示亮度，而采用220V交流電供電方式還需要添加過多的電源處理電路，選用第二種方式5V直流電源適配器給本顯示器供電，既便于給產(chǎn)品供電，也可以提供充足的電流。

驅(qū)動(dòng)模塊保證了共陽極數(shù)碼管的正常顯示，由于單片機(jī)的管腳輸出電流是有限的，因此，P2口對(duì)共陽極數(shù)碼管公共端的控制需要添加三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，本顯示器選用NPN型三極管9013實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管公共端的控制。

將六個(gè)數(shù)碼管水平排成一行，公共端通過三極管進(jìn)行控制，而數(shù)據(jù)段與單片機(jī)的口線直接相連構(gòu)成了本顯示器的顯示模塊。

IAP15F2K61S2系列單片機(jī)程序的下載可以通過其自帶的全雙工異步串行口(UART)所配置的兩條管腳RXD(P3.0)和TXD(P3.1)實(shí)現(xiàn)，這種程序下載方式需要的硬件條件非常簡單，下載軟件的操作方式非常的便捷，受到眾多單片機(jī)系統(tǒng)研發(fā)人員的青睞。本顯示器正是采用了這樣的程序下載方式。[!--empirenews.page--]

3.顯示器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 顯示信息處理

動(dòng)態(tài)顯示器是一種通過異步顯示方式控制數(shù)碼管顯示位置和對(duì)應(yīng)顯示字符的高效顯示器。當(dāng)需要在顯示器上顯示某些信息時(shí)，必須先取得該信息對(duì)應(yīng)的段碼作為待顯示數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)組。在發(fā)送顯示段碼之前需要將對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的共陽極公共端置為高電平，之后再通過P0口向該數(shù)碼管發(fā)送顯示代碼，該代碼所需顯示的信息將會(huì)顯示在顯示器上。

顯示緩沖數(shù)組信息的排列方式與本產(chǎn)品的硬件，以及顯示函數(shù)的功能恰好相符，以備方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品采用六個(gè)共陽極數(shù)碼管制作了本顯示器。設(shè)計(jì)共陽極數(shù)碼管顯示代碼表如下：

為了充分發(fā)揮C語言的模塊化編程優(yōu)勢，將動(dòng)態(tài)顯示子函數(shù)封裝為一個(gè)通用的模塊，程序如下：

當(dāng)需要顯示器工作的時(shí)候，主程序只需將顯示緩沖區(qū)的首個(gè)信息單元的地址通過子函數(shù)的形式參數(shù)傳遞到子函數(shù)的內(nèi)部，通過子函數(shù)的處理，依次將顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)全部顯示出來。

本顯示器的顯示效果如圖3所示。

4.總結(jié)

本方案中所設(shè)計(jì)的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示器，在保證了數(shù)碼管正常工作以及節(jié)省口線的前提下，大幅提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)素服，功耗更低，結(jié)構(gòu)新穎，成本低廉。