八位移位輸出芯片在LED大屏幕顯示中的應用

關(guān)鍵詞：單片機 ; 大屏幕顯示 ; 脈沖

大屏幕顯示以其顯示清晰、更新方便等特點，在信息提示中廣泛應用，如車站/機場、證券交易系統(tǒng)及生產(chǎn)車間的信息顯示等。大屏幕顯示方式分兩種：點陣式和八段碼方式，前者顯示信息靈活，功能強大，但控制較為復雜，硬件成本較高；后者則應用八段碼方式顯示一些數(shù)值信息，方便簡單，價格低，在數(shù)字顯示中被廣泛應用。 目前，一般的數(shù)字式LED顯示屏普遍采用單片機的串行口或其它I/O口通過諸如串行輸入并行輸出芯片74LS164驅(qū)動。但是，這樣有二點不足：一是單片機的串行口被顯示電路占用，便不能實現(xiàn)多機通訊，只能實現(xiàn)單屏的顯示；二是一般的串行輸入并行輸出芯片不帶輸出鎖存功能，且移位脈沖頻率低，輸出驅(qū)動電流小，這使得顯示屏有時會出現(xiàn)字符閃爍，顯示不清，刷新速度較慢，所以有時需要另加大功率驅(qū)動電路。
本文通過 89C51單片機I/O口控制74HC595(以下簡稱595 )芯片直接驅(qū)動八段碼，不占用其串行口，可以很方便地構(gòu)成大屏幕顯示電路，并在紡織廠的信息顯示中得到了應用。

單片機控制595組成的LED顯示屏

本文設計的數(shù)字式LED顯示屏是用在對鄭州國棉三廠紡紗車間的技術(shù)改造過程中，對該車間的240臺紡紗機的產(chǎn)量、效率、車速等參數(shù)進行實時顯示。根據(jù)該車間的240臺紡紗機的分布位置不同,我們設計了五塊顯示屏, 每塊顯示屏由4行*12列, 每個顯示模塊有5位LED數(shù)碼管組成, 可以分時顯示48臺紡紗機的產(chǎn)量、效率、車速等信息。 產(chǎn)量、效率、車速等參數(shù)由上位機進行檢測后，經(jīng)RS-485總線，將數(shù)據(jù)傳送給下位機，下位機進行數(shù)據(jù)處理、變換后，把相應的參數(shù)顯示出來。
對每個顯示模塊中的數(shù)據(jù)輸入及每位LED數(shù)碼管的輸出驅(qū)動,我們采用具有串行移位輸入、8位并行帶鎖存輸出的595芯片。該芯片內(nèi)部由數(shù)據(jù)移位觸發(fā)器和三態(tài)輸出鎖存器組成，有16個引腳。SI：串行輸入數(shù)據(jù);SCK：移位時鐘脈沖(輸入); RCK：鎖存時鐘脈沖(輸入)； SCLK ：復位清零信號(輸入)；QA -QH：數(shù)據(jù)輸出；QH*：向下一片(位)的串行數(shù)據(jù)輸出。595輸出電流大(35mA),可以直接驅(qū)動八段碼。其輸出鎖存功能，可以有效防止移位輸出時LED八段碼的閃爍，其移位及鎖存信號頻率高，最大值為55MHz。這兩個脈沖信號都采用上升沿觸發(fā)。
每塊顯示屏由一片89C51下位機控制，其硬件電路如圖1所示。

圖1 顯示屏硬件電路

圖中,每個顯示模塊由5個595分別驅(qū)動5位八段碼，制成一塊PCB電路板,通過程序控制可以分時顯示48臺紡紗機的產(chǎn)量、效率、車速等信息。6264為接收參數(shù)及輸出顯示參數(shù)LED段碼的緩沖區(qū),3082為RS-485通訊接口芯片。
每塊顯示屏中，第一行顯示模塊中的第一個595的移位數(shù)據(jù)輸入引腳SI分別由89C51的P1.0 、P1.1 、P1.2 、P1.3經(jīng)244驅(qū)動后控制,其數(shù)據(jù)輸出引腳QH*依次接至下一個595移位數(shù)據(jù)輸入引腳SI，該顯示模塊中的第五個(最后一個)595的數(shù)據(jù)輸出引腳QH*接至該列下一行顯示模塊的第一個595數(shù)據(jù)輸入引腳SI。以此類推，直至最后一行。而所有595芯片的移位脈沖 、鎖存脈沖由P3.4 、P3.5經(jīng)244驅(qū)動后提供。例如，顯示產(chǎn)量時，把存儲在外部RAM中的產(chǎn)量信息，分四組，對應于顯示屏上的4列，在移位脈沖(P3.5)的作用下，依次經(jīng)P1.0 、 P1.1 、P1.2 、P1.3并行輸出，當所有的產(chǎn)量信息都移位輸出后，再發(fā)出鎖存脈沖P3.4 。這樣在該顯示屏相應位置(顯示模塊)便顯示出48臺紡紗機的產(chǎn)量值，效率 、車速的顯示方法相同。

圖2 下位機顯示軟件主程序流程圖

顯示屏的軟件設計
每塊顯示屏的軟件包含兩部分：通訊接收、數(shù)據(jù)處理及輸出顯示。
通訊接收
通訊部分用來接收數(shù)據(jù)，在通訊中斷服務子程序中，首先接收上位機傳過來的每塊顯示屏的屏號(地址),若地址與該屏設定的地址不一樣, 則退出中斷; 若地址與該屏設定的地址相同, 則接收上位機傳過來的每臺車的參數(shù),同時進行校驗，并存入外部數(shù)據(jù)緩沖區(qū)RAM中。即每塊顯示屏的下位機通過RS-485接收上位機傳來的數(shù)據(jù)。共48臺車*8字節(jié)，其中，8個字節(jié)包含每臺車的車號(一個字節(jié))，產(chǎn)量、 效率 、車速(各二個字節(jié))及累加校驗和(一個字節(jié))。所有48臺車的參數(shù)接收完畢后，設置一標志位(如某臺車接收的數(shù)據(jù)有錯誤則生成另一標志位。該臺車的數(shù)據(jù)不作處理),退出中斷，由主程序?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)進行變換處理。
數(shù)據(jù)處理及輸出顯示
數(shù)據(jù)處理及輸出顯示部分主要進行處理 、變換，并使相應的參數(shù)在顯示屏上相應的位置顯示出來。89C51根據(jù)設置的接收完畢標志位，對接收的參數(shù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理、變換后,把待顯示參數(shù)段碼存儲在6264中,該存儲區(qū)分為三部分, 每部分分別按車號順序存儲產(chǎn)量 、效率 、車速的參數(shù)段碼。 需要輸出顯示某種參數(shù)時,在存儲該參數(shù)段碼區(qū)設置四個等長度的地址指針,分別從四個地址指針所指的存儲單元中取數(shù)，經(jīng)P1口(P1.0、P1.1、P1.2、P1.3)并行輸出驅(qū)動595并修改地址指針直到輸出48臺車的該參數(shù)段碼。最后,向595發(fā)出輸出鎖存脈沖, 48臺車的該參數(shù)值便可以在顯示屏相應位置上顯示出來。 產(chǎn)量 、效率 、車速可以分時顯示，各參數(shù)分時輸出顯示的時間長短由通訊接收數(shù)據(jù)的時間決定。其程序流程圖如圖2所示。

結(jié)語
利用89C51控制595實現(xiàn)的顯示屏，實用簡單，運行可靠，價格低廉，顯示清晰。對于不同應用場合的顯示，只要在軟件/硬件上稍加改動,如增減顯示的行/列數(shù)及每個顯示模塊驅(qū)動LED的位數(shù),便可以使用,因此具有很大的實用性和推廣價值。
在改用時,應注意以下幾個問題:
(1) 對顯示屏行數(shù)的擴展,若超過15行，因信號線過長必須對控制信號及數(shù)據(jù)信號增加電流驅(qū)動,否則易造成信號干擾,使顯示數(shù)據(jù)混亂。
(2) 對顯示屏行數(shù)的擴展,應增加相應I/O端口(數(shù)據(jù)輸出)的數(shù)量。
(3) 對于大電流的LED數(shù)碼管，應在595的輸出端增加驅(qū)動電路?！?/P>

參考文獻
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作者簡介：楊學昭，1992年哈爾濱理工大學(原哈爾濱電工學院)電機與控制專業(yè)碩士學位。主要研究領域為自動控制與檢測，智能化儀器與儀表，微機及應用。張五一，副教授，主要研究領域為自動控制與檢測，智能化儀器與儀表，微機及應用。陳旭，男，工程師，主要研究領域為自動控制與檢測，智能化儀器與儀表，微機及應用。