第11章 显示器接口技术综述

第11章显示器接口技术11.1LED显示器接口技术11.2CRT显示器接口技术11.3LCD显示器接口技术11.4显示控制卡11.5本章小结显示器是任何计算机系统不可缺少的设备，它是人机交互的最基本的输出设备。当前的微机系统一般配置CRT显示器和液晶(LCD)显示器。在一些专用系统中，如过程控制与实时控制中的微机系统。在一些嵌入式系统中，往往只需要简单的字符显示功能，这时候只要用LED数码管或LCD显示片就可以了，这样还能降低整个系统的成本、缩小体积、减少功耗和提高可靠性。本章概述11.1LED显示器接口技术LED(LightEmittingDiode)是七段或八段数码管的简称，它广泛用于嵌入式系统与单板机系统等系统的显示部件中。LED显示器原理•LED显示器的结构图10.1LED显示器的外形和内部结构•LED显示器的七段字符编码由数码转换为笔划信息1．软件译码2．硬件译码静态显示方式1、各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。2、每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。特点：显示的亮度高硬件复杂软件简单动态显示方式1、所有位的段码线的相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用2、各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通特点：显示的亮度较低硬件简单软件较复杂动态显示注意事项1、因人眼的视觉暂留时间为100ms，所以每位送显示码的间隔不能超过20ms；2、段选码、位选码每送入一次后延时1ms，保持延时一段时间（1ms），以造成视觉暂留效果；3、结果：看上去每个数码管总在亮。只要有动态显示，则主程序中必须不停的刷新显示。动态显示微观过程8位LED数码管的显示port1D0~D7H74LS373OEGD0D7…...74LS373OEGD0D7D0~D7Hport2显示程序片段VBUFDB8DUP(0);数码显示缓冲区……MOVSI,OFFESTVBUF;主程序CALLDISP;调用显示子程序……;必须周期调用该显示程序DISPPROCPUSHAX;保护现场PUSHBXPUSHDXMOVBX,OFFSETTABLEMOVAH,01H;指向最左边的数码管LP1:LOADSB;AL[SI]，取出要显示的字符XLAT;AL[BX+AL]，取字符码MOVDX,PORT1OUTDX,AL;送出字符码MOVAL,AHMOVDX,PORT2OUTDX,AL;点亮所指向的数码管CALLDELAY;持续点亮一段时间ROLAH,01;左移，指向下一个数码管JNCLP1POPDXPOPBXPOPAXRET;字符码表TABLEDB0C0H;’0’DB9FH;’1’DB0E4H;’2’……DISPENDP8279控制LED显示8279芯片作显示输出接口时，有16×8位显示RAM存储字形编码，经编程可接16个8段数码显示器或8个8段数码显示器。显示RAM：用来存储显示数据，容量为16×8位。显示寄存器：存放显示内容。显示地址寄存器：寄存读／写显示RAM的地址，即对应显示字符从哪一位开始。注意：8279是动态显示8279的管脚信号8279的使用1、设置键盘及显示方式D7D6D5（000）：命令特征码。D4D3（DD）：用来设定显示输出方式。D2D1（K2K1）：用来设定输入方式。D0（K0）：用来设定扫描方式。K0=0为编码扫描；K0=1为译码扫描。000DDK2K1K0D7D6D5D4D3D2D1D02、设置时钟频率D7D6D5（001）：命令特征码。D4～D0（PPPPP）：用来设定对外部输入CLK的分频系数N（N值可为2－31），以便获得8279芯片内部要求的100kHz的基本频率。001PPPPPD7D6D5D4D3D2D1D02、读FIFORAMD7D6D5（010）：命令特征码。D4（AI）：自动地址增量标志位。当AI=1时，每次读出后地址自动加1指向下一存储单元；AI=0时，读出后地址不变。D2D1D0（A2A1A0）：要读的起始地址，一般写0。D3：不用。010AIXA2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D04、读显示RAMD7D6D5（011）：命令特征码。D4（AI）：自动地址增量标志。AI=1时，每次读后地址自动增1；AI=0时，读后地址不变。D3～D0（A3～A0）：用来设置将要读的显示RAM地址。011AIA3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D05、写显示RAMD7D6D5（100）：命令特征码。D4（AI）：自动地址增量标志。AI=1时，每次写入后地址自动增1；AI=0时，写后地址不变。D3～D0（A3～A0）：用来设置将要写的显示RAM地址。100AIA3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D06、禁写显示RAM／消隐D7D6D5（101）：命令特征码。D3D2（IWAIWB）：为A组、B组显示RAM写入禁止位。IWA（IWB）=1时，A组（B组）显示RAM禁止写入，此时CPU向显示RAM写入数据时，不会影响A组（B组）显示。D1D0（BLABLB）：消隐设置位，分别用于对A、B两组显示输出消隐。当BL=1时，相应组的显示输出被消隐；当BL=0时，恢复显示。D4：不用。101XIWAIWBBLABLBD7D6D5D4D3D2D1D07、清除D7D6D5（110）：命令特征码。D4D3D2（CD2CD1CD0）：用来设定清除显示RAM的方式。D1（CF）：用来置空FFIFO存储器。当CF=1时，执行清除命令后，FIFORAM被置空，使中断线IRQ复位。D0（CA）：总清特征位。当CA=1时，同时清除FIFORAM和显示RAM，对显示RAM的清除方式由CD1CD0决定。110CD2CD1CD0CFCAD7D6D5D4D3D2D1D08279的工作方式DD方式K2K1方式000110118个字符显示，左进方式16个字符显示，左进方式8个字符显示，右进方式16个字符显示，右进方式00011011扫描键盘输入，双键锁定扫描键盘输入，N键轮回扫描传感器输入选通输入当扫描方式为译码方式时，只能显示4位字符，若数码显示多于4位，则必须用编码扫描方式。LED显示器的接口•静态驱动法图11.2并行锁存静态显示驱动图11.3串入/并出移位寄存器静态显示驱动•动态驱动法图11.4动态显示驱动LED显示应用举例TP86A单板微型计算机使用8279芯片作为键盘及LED显示器接口。键盘输入部分与24个按键的键盘矩阵相连接，采用编码扫描工作方式。扫描输出信号SL0～SL2接至三输入八输出译码器74LS156的输入端，经译码后的3根输出线Y0～Y2作为键盘矩阵的3个行扫描信号。返回信号RL0～RL7与键盘矩阵的8个列输出信号相连接。显示输出采用编码扫描、8字符显示、左进工作方式，显示器采用共阳极LED数码显示器。扫描输出SL0～SL3送至四输入十输出BCD码译码器74LS45的输入端，经译码后的8个输出信号作为8个显示器的选通信号，即位选通信号，轮流刷新8个显示器。显示输出OUTA0～OUTA3、OUTB0～OUTB3经74LS06反相驱动后接至LED显示器的8个段，每个输出驱动一个段，各位相同的段连接到一起。显示内容来自显示RAM。LED显示硬件连接图LED显示软件编程11.2CRT显示器接口技术CRT(CathodeRayTube，阴极射线管)显示器是微机系统中一种最基本的人机交互输出设备。由于它能将计算机中的数据以字符、图形和图像的形式在荧光屏上直观地显示出来，并且具有响应速度快、无噪音、无机械磨损、使用方便等优点，因而被作为一种理想的人机交互设备在微机系统中广泛使用。10.2.1CRT显示器概述一、概述按功能划分：字符终端图形终端按色彩划分：单色彩色彩色显示器按分辨率的高低可分为：彩色显示器（CD）：与彩色图形适配器（CGA）配套使用，分辨率为640x200，可显示4种彩色图形和16种彩色文本；增强彩色显示器（ECD）：与增强型图形适配器（EGA）配套使用，分辨率为640X350，可显示16种彩色图形和16种彩色文本；视频阵列彩色显示器（VCD）：与视频图形阵列适配器（VGA）或增强VGA（如VESA卡）配套使用，分辨率可达640X480，800X600或1024x768，可显示256种彩色图形和16种彩色文本。二、CRT显示器原理图11.5CRT显示器原理结构CRT显示器是利用阴极射线管中高速电子束的不断扫描来实现屏幕上的字符／图形显示的。光点的亮度取决于电子束的强弱，而电子束的强弱可由视频信号（“1”或“0”）决定。光点的位置则受扫描电路的控制，扫描发生器产生水平扫描和垂直扫描信号，经同步后控制电子束在屏幕上的位置变化。显示在屏幕上的每一个字符都由称为点阵的光点图形来表示。点阵点数越多，显示清晰度越高，相应地要求CRT的分辨率越高。光栅扫描原理CRT显示器原理1、生成图像CRT分为几个部分：偏转线圈用于电子枪发射器的定位，它能够产生一个强磁场，通过改变强度来移动电子枪。线圈偏转的角度有限，当电子束传播到一个平坦的表面时，能量会轻微地偏移目标，仅有部分荧光粉被击中，四边的图像都会产生弯曲现象。为了解决这个问题，显示器生产厂把显像管制造成球形，让荧光粉充分地接受到能量，缺点是屏幕将变得弯曲。电子束射击由左至右，由上至下的过程称为刷新，不断重复地刷新能保持图像的持续性。2、混合颜色旧式的显示器只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色，即是MonochromeMonitor（单色显示器）。新一代显示器有三只电子枪，每个电子枪都有独立的偏转线圈，分别发出RGB（Red、Blue、Green，红、蓝、绿）三束光线，混合光线可以产生1600万种颜色，或者说真彩色。某些显示器能用一个电子枪发出三束光线，经过混合亦能生成其它颜色。生成彩色图像电子枪要扫描屏幕三次，其过程比黑白图像复杂得多。3、回转变压器回转变压器类似发动机点火线圈，在特定时间发出一个低能量信号给回转磁线圈，并生成磁场。当低能量源关闭后，磁线圈的能量转移到高能量输出中，最后传到电子枪发出电子束。依照CRT尺寸的不同，产生的能量也各有差异，通常在10000伏至50000伏之间。当电子枪完成一条线的扫描后，回转变压器会放出能量，关闭电子枪并消去磁场，强制光束发到屏幕的其它位置，就能画出下一条线。在显示器开启时，不要直接触摸CRT，它带有上万伏的电压，你会被击伤并导致死亡。4、垂直和水平同步垂直和水平是CRT中两个基本的同步信号，水平同步信号决定了CRT画出一条横越屏幕线的时间，垂直同步信号决定了CRT从屏幕顶部画到底部，再返回原始位置的时间，垂直同步也可以称为刷新率。标准电视机的水平同步信号=512线×30帧/秒=15.75kHz，显示器的水平同步信号可任意调节，幅度在15.75kHz－95Khz之间。把水平同步信号反转能够得出扫描一条线的时间，即1/17.75Khz=63.5微秒。在垂直折回脉冲使电子枪关闭后，电子枪会返回原来位置，电视机扫描一帧图像要返回525次。因为CRT的频繁开关和扫描切换，在屏幕上实际表现出来的线数比525要少一些，约为428－399条线。三、CRT显示器接口1．字符发生器字符发生器的作用是将显示存储器RAM中代表一个字符的ASCll码变换成点阵信息（如5×7、7×9等），以便送出去控制电子束的强弱，从而在屏幕上打出相应字符的光点图案。字符发生器就是一个将ASCll码转换成点阵码的代码转换电路。2．显示缓冲器RAM通常又称为视频随机存储器（VRAM）。用于存放要显示的信息，包括显示字符码和显示属性码。3．CRT控制器CRT控制器是CRT接口的核心部件，其主要功能如下：（1）提供读显示RAM的扫描地址和屏幕显示的扫描地址（2）提供时序控制信号水平同步、垂直同步及消隐信号锁存器的锁存信号移位寄存器的串行移位信号4．移位寄存器和视频信号合成器移位寄存器：在打点时钟控制下，把从字符发生器并