基于LED數(shù)碼管的通用型智能數(shù)字顯示面板的設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　目前，控制儀表經(jīng)常使用的顯示面板主要有LCD和LED兩種類型，其中LCD比較美觀，省電，顯示方式靈活，但是價(jià)格比較昂貴，最重要的是它的醒目程度較低，可視角度也比較小;而LED數(shù)碼管雖然功耗較大，但它亮度高，用作工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)指示時(shí)更醒目，而且價(jià)格低。因此，用LED作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的指示器，具有更好的性價(jià)比。

　　本文介紹一種采用LED數(shù)碼管作為顯示元件的通用型智能數(shù)字顯示面板的設(shè)計(jì)方法。該面板根據(jù)80×160 ×160標(biāo)準(zhǔn)儀表機(jī)箱設(shè)計(jì)，采用AT98C5X單片機(jī)作為控制器。它既可作為其他儀表的顯示單元，也可作為獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)顯示器使用。

　　1 LED顯示面板的功能

　　本文的LED通用智能型顯示面板如圖l所示。該面板中央為兩排LED數(shù)碼管，每排4位。上排為紅色，下排為綠色。面板左邊為四個(gè)發(fā)光二極管，右邊為四個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)。其顯示和開(kāi)關(guān)可根據(jù)不同應(yīng)用定義。

　　該面板作為調(diào)節(jié)儀表的顯示器時(shí)，上排LED可顯示測(cè)量值，下排LED可顯示閥位反饋值。左邊的發(fā)光二極管用做工作狀態(tài)指示，從上到下，依次為高報(bào)警、低報(bào)警、自動(dòng)(亮)/手動(dòng)、以及儀表通信狀態(tài)指示。右邊的按鍵用于參數(shù)設(shè)定與查詢等操作。為方便描述，其按鍵從上到下分別稱為按鍵1～4。

　　在調(diào)節(jié)儀表正常工作狀態(tài)下，按鍵1按下時(shí)，報(bào)警上限值顯示;按鍵2按下時(shí)，報(bào)警下限值顯示;按鍵3為閥門(mén)開(kāi)度手動(dòng)/自動(dòng)切換。當(dāng)設(shè)為手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，按鍵1和按鍵2用于遙調(diào)閥門(mén)開(kāi)度，每按一次，閥位反饋值(綠色LED最后一位)±1。按鍵4為功能切換按鍵。

　　在儀表參數(shù)設(shè)定狀態(tài)下，按鍵1為循環(huán)方式選擇參數(shù)，紅色LED顯示當(dāng)前設(shè)定值，綠色LED顯示被設(shè)置參數(shù)的序號(hào);按鍵2為設(shè)置位參數(shù)值

　　加1;按鍵3可以右循環(huán)方式選擇設(shè)置參數(shù)的當(dāng)前位，當(dāng)前設(shè)置的數(shù)據(jù)位用閃爍表示;按鍵4為確認(rèn)參數(shù)設(shè)置，連按兩次按鍵4可進(jìn)行功能切換。

　　作為獨(dú)立的顯示器單元時(shí)，本顯示面板可作為多路巡回顯示報(bào)警器。正常巡檢時(shí)，上排LED顯示測(cè)量值，下排LED顯示巡檢回路號(hào)。左邊的發(fā)光二極管顯示回路工作狀態(tài)，從上到下依次為高報(bào)警、低報(bào)警、回路中斷、巡檢(亮)/停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)某回路參數(shù)越限時(shí)，對(duì)應(yīng)的報(bào)警指示二極管發(fā)亮。

　　右邊的按鍵可用于設(shè)定參數(shù)與查詢等操作。正常工作(巡檢)時(shí)，按鍵2為功能切換，按鍵4為顯示方式切換。按鍵4按下一次，停止巡檢，保持當(dāng)前顯示狀態(tài)。在此狀態(tài)下，按下按鍵1和按鍵2，可分別顯示該回路上、下限報(bào)警設(shè)定值。按鍵3用于循環(huán)選擇顯示回路號(hào)，每按一次，回路號(hào)加一。按下按鍵4一次。系統(tǒng)又將進(jìn)入正常巡檢狀態(tài)。

　　2 硬件部分設(shè)計(jì)

　　2.1 LED數(shù)碼管顯示電路

　　LED數(shù)碼管是由若干個(gè)發(fā)光二極管按一定的規(guī)律排列而成的，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的段就會(huì)被點(diǎn)亮。根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管連接方式的不同，LED數(shù)碼管可以分為共陽(yáng)極和共陰極兩類。本文采用共陽(yáng)極顯示方式，段碼值從0到9依次為：Ox0C0、OxF9、Ox0A4、Ox0BO、0x9 9、0x92、0x82、0x0F8、Ox80、0x90。

　　數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)方式可以分為動(dòng)態(tài)(掃描)驅(qū)動(dòng)和靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，以下是三種設(shè)計(jì)方案：

　　(1)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式

　　該方式中，各個(gè)LED數(shù)碼管同時(shí)顯示各自的字符，并維持不變，直到顯示下一個(gè)字符為止。這種方式下，每一個(gè)數(shù)碼管要對(duì)應(yīng)一個(gè)8位驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)器，8個(gè)數(shù)碼管共需64根驅(qū)動(dòng)線，因而需要較多芯片，顯示面板面積較大。

　　(2)采用8根位選線的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示

　　這是將所有數(shù)碼管相同的段選線并聯(lián)，各數(shù)碼管位選線輪流選通，分時(shí)多路復(fù)用。這種方案在任一時(shí)刻只有一位數(shù)碼管被選中發(fā)光，然后利用人眼的視覺(jué)暫留特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)同時(shí)顯示的效果。本顯示面板有8個(gè)數(shù)碼管，只需要8個(gè)位驅(qū)動(dòng)線和8個(gè)段驅(qū)動(dòng)線。但8位循環(huán)顯示時(shí)，每一位數(shù)碼管的發(fā)光時(shí)間只占1/8循環(huán)時(shí)間，可能導(dǎo)致數(shù)碼管顯示閃爍。

　　(3)采用4位分組動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示

　　這是將兩個(gè)LED數(shù)碼管共用一根位選線。這種方案相對(duì)于方案2少用一個(gè)8位驅(qū)動(dòng)器，每一位發(fā)光時(shí)間有1/4循環(huán)，因而比較容易保證數(shù)碼管顯示不閃爍。

　　本設(shè)計(jì)選用4位分組動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。顯示面板采用AT89C5X單片機(jī)作為L(zhǎng)ED控制驅(qū)動(dòng)器。單片機(jī)的P1和P2口分別與兩個(gè)LED數(shù)碼管的段選線相連，P0口的P0.0、PO.1、P0.2、P0.3分別是兩個(gè)LED數(shù)碼管的位選線，主要用來(lái)控制兩個(gè)數(shù)碼管的相同位。

　　2.2 發(fā)光二極管電路

　　發(fā)光二極管電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。可將單片機(jī)P3口的P3.0、P3.1、P3.6、P3.7分別與四個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極相連，以便控制四個(gè)發(fā)光二極管的工作。