第六章 显示器及其接口技术

第六章显示器及其接口技术本章要点:1.LED数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路。2.LCD液晶显示器的结构原理、驱动方式及其接口电路。3.图形显示画面的几种形式与功能作用。返回总目录本章主要内容引言6.1LED数码管显示器6.2LCD液晶显示器6.3图形显示器思考题引言显示装置—主要用来显示生产过程的工艺状况与运行结果常用的显示器件：显示记录仪--是以模拟方式连续显示和记录过程参数的动态变化，但其价格都很贵，在目前的计算机控制系统中已很少采用。LED数码管--具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠性高等优点，已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛采用。LCD--则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表到便携式微型计算机等应用场合。CRT终端--CRT终端以其图文并茂的直观生动画面，可以显示生产过程中的各种画面及报表，如生产流程图、显示报警图、趋势曲线图、路查询图等,在很多微型计算机控制系统中，特别在DDC，SCC以及DCS控制系统中，大都采用CRT操作台进行监视和控制。6.1LED数码管显示器6.1.1LED显示器的工作原理6.1.2LED显示器的显示方式6.1.3LED显示器接口电路6.1.1LED显示器工作原理LED--（LightEmittingDiode的英文缩写）,是利用PN结把电能转换成光能的固体发光器件，根据制造材料的不同可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见光来。伏安特性--类似普通二极管，正向压降约为2伏左右，工作电流一般在10-20mA。结构形式--单段的圆形或方形LED常用来显示设备的运行状态，8段LED可以显示各种数字和字符。图LED显示器8段LED显示器的结构与工作原理链接动画结构形式－共阴极：发光管的阴极并接成公共端COM，加高电平灯亮;共阳极：发光管的阳极并接成公共端COM，加低电平灯亮.8段LED段选码原理链接动画图8段LED段选码原理实现方法－－CPU的数据线与LED各段引脚相连，控制输出的数据，点亮8段LED不同段的组合，显示等十六进制数。6.1.2LED显示器显示方式在计算机控制系统中，常利用n个LED显示器构成n位显示。通常把点亮LED某一段的控制称为段选，而把点亮LED某一位的控制称为位选或片选。根据LED显示器的段选线、位选线与控制端口的连接方式不同，LED显示器有静态显示与动态显示两种方式，下面以4个共阴极LED的组合为例进行说明。1、静态显示方式2、动态显示方式1．静态显示方式链接动画结构特点：4个COM端连接在一起并接有效电平——无位选；每个LED的段选各自与一个8位并行I/O口相连——段选独立。工作特点：缺点是电路中占用I/O口资源多；优点是占用CPU机时少，显示稳定可靠适用：规模较大的实时控制系统。2．动态显示方式链接动画结构特点：4个LED显示器各自的段选线连在一起，与一个8位的I/O口相连；各自的COM端则由另一个I/O口进行位选。工作特点：优点是占用I/O资源少；缺点是需用软件程序不断地循环扫描定时刷新，因而占用了CPU的大多数机时。适用：小型测控系统6.1.3LED显示器接口电路1．静态显示接口电路2．动态显示接口电路整个显示部分正常工作必须有：显示部分、锁存器、译码、驱动电路。1．静态显示接口电路锁存、译码、驱动均由硬件实现——CD4511B。实现过程－－74LS138输出作为LED片选，每两个共用一个片选；每两个段选码共用一个字节；接口程序为：MOVBX，OFFSETDATA1MOVAL，[BX]OUTPORT0，AL；显示左2位INCBXMOVAL，[BX]OUTPORT1，AL；显示右2位2．动态显示接口电路锁存、驱动由硬件电路实现；段选码的译码由软件实现。实现过程－－各个LED段选线对应并接到一片8D触发器74LS374（U1）进行段选控制，其间串有8个三极管以正向驱动LED的阳极；各个LED的COM端由另一片74LS374（U2）进行位选控制，其间接有达林顿阵列驱动器MC1413（内含7对复合三极管）对阴极进行反向驱动；74LS138：控制位选和段选的锁存器74LS374，Y0=0,锁存CPU输出的段选码；链接动画LED动态扫描流程图假设要显示的4位数据已存放在数据缓冲区内，其扫描显示程序如下：START:MOVDI,OFFSETBUFDATA；指向缓冲区首址MOVCL,08H；取点亮LED1的位码DIS1：MOVAL,[DI+0]；AL中为要显示的数MOVBX,OFFSETTABLE；段码表首址送BXXLAT；[（BX）+（AL）]AL，将段码取到AL中MOVDX,PORT0OUTDX,AL；段码送到段选通道MOVAL,CLMOVDX,PORT7OUTDX,AL；位选码送到位选通道PUSHCX；保存位选码MOVCX,300HDELAY：LOOPDELAY；延迟一定时间POPCXCMPCL,01；显示扫描是否到最右边LED4JZQUIT；是，则已显示一遍，故退出INCDI；否，则指向下一位LEDSHRCL,1；位选码右移指向下一位JMPDIS1；显示下一位LEDQUIT：RETTABLEDB3FH；0的段选码DB06H；1的段选码DB5BH；2的段选码DB4FH；3的段选码DB66H；4的段选码DB6DH；5的段选码DB7DH；6的段选码DB07H；7的段选码DB7FH；8的段选码DB6FH；9的段选码DB77H；A的段选码DB7CH；b的段选码DB39H；C的段选码DB5EH；d的段选码DB79H；E的段选码DB71H；F的段选码BUFDATADB4DUP（?）；4个字节的缓冲区6.2LCD液晶显示器引言6.2.1LCD显示器结构原理6.2.2LCD显示器驱动方式6.2.3段位式LCD接口电路6.2.4点阵式LCD接口电路引言液晶显示器LCD(LiquidCrystalDisplay)是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器，它具有功耗极低、体积小、抗干扰能力强、价格廉等特点，目前已广泛应用在各种显示领域，尤其在袖珍仪表和低功耗应用系统中。LCD可分为段位式、字符式和点阵式三种。如右图所示。图数字万用表6.2.1LCD显示器结构原理6.2.2LCD显示器驱动方式LCD的驱动方式：①直接驱动－显示器件只有一个背极（即下玻璃电极基板），但每个字符段都有独立的引脚；②多极驱动：显示器具有多个背极，各字符段按点阵结构排列，这是显示字段较多时常采用的驱动方式。直接驱动方式工作过程：段位式7段LCD的电极配置及译码驱动电路6.2.3段位式LCD接口电路1、硬件电路2．显示程序设单片机内RAM20H-25H六个单元为显示缓冲区，每个单元字节的低4位依次存放要显示的4位BCD码，相应的显示驱动子程序如下：DISP：MOVR0，#20H；显示缓冲单元首址送R0MOVR3，#00H；位选码（左边第1位）送R3MOVR4，#06H；位数（6位）送R4LOOP：MOVA，R3；位选码送ASWAPA；位选码转为高4位MOVR2，A；保存位选码（在高4位）MOVA，@R0；取显示BCD码ORLA，R2；位选码与BCD码（低4位）组合ORLA，#80H；ACC·7置1MOVP1，A；输出组合码ANLP1，#7FH；清零P1.7位ORLP1，#80H；P1.7再置1INCR3；指向下一位显示数INCR0；指向下一位显示缓冲单元DJNZR4，LOOP；6位未显示完返回RET如果需要显示小数点，则要给4054送显示小数点的相应数据。例如第三位要显示小数点，还需加入下列程序：MOVA，#64H；高位0110将选中S6，低位0100将驱动第三位小数点ORLA，#80H；ACC·7置1MOVP1，A；输出组合码ANLPI，#7FH；清零P1.7位ORLPI，#80H；P1.7再置16.2.4点阵式LCD接口电路引言1.液晶模块接线原理2.液晶模块指令说明3．软件初始化4.应用举例引言点阵式LCD不但可以显示字符，而且可以显示各种图形及汉字。把点阵式LCD与配套或选定的驱动器、控制器集成在一起，就组成点阵式图形液晶显示模块，控制器的种类很多，比如日本东芝的T6963,日立的HD61880,精工的SED1330/SED1335等。现以12864点阵式LCD液晶显示模块为例加以说明。液晶显示模块12864主要由行/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。内部含有国标一级、二级简体中文字库和128个16×8点的ASCII字符集。可以同时显示8×4个（16×16点阵）汉字和图形显示。它与CPU的接口连线可采用并行或串行两种方式。1、液晶模块接线原理图液晶模块与单片机并行连接原理图2．液晶模块指令说明3．软件初始化4．应用举例液晶字符显示使用时还应注意以下3点：（1）要在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显示地址，再写入中文字符编码。（2）显示ASCII字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加1指向下一个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空ASCII字符位置。（3）当字符编码为2字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH例如在第3行第1、2列显示“液晶”两个中文字符时，写入RAM的地址应为88H,89H。具体过程如下：首先，应根据ST7920-BIG5中文字形码(不同的液晶模块采用的字库编码可能不同，如有的使用ST7920-GB简体中文字型)，查找“液”字的编码为“B247”,“晶”字的编码为“B4B9”.在进行了软件初始化后，其软件编程步骤如下：步骤1:令RS，R/W为低电平；(表示后面送入的内容是指令)步骤2:送88H到D7-D0；(设定显示的位置，第三行第一列)步骤3:令RS为高电平，R/W为低电平；（表示后面送入的内容是数据）步骤4:送B2H到D7-D0;（先送高位字节）步骤5:送47H到D7-D0;（后送低位字节，显示“液”字）步骤6:令RS，R/W为低电平；(表示后面送入的内容是指令)步骤7:送89H到D7-D0；(设定显示的位置，第三行第二列)步骤8:令RS为高电平，R/W为低电平；（表示后面送入的内容是数据）步骤9:送B4H到D7-D0;（先送高位字节）步骤10:送B9H到D7-D0;（后送低位字节，显示“晶”字）6.3图形显示器6.3.1图形显示器概述6.3.2图形显示画面主要内容:6.3.1图形显示器概述常用的图形显示器有两种：CRT显示器和TFT平面显示器。1、CRT显示器①CRT（CathodRayTube）显示器：由一个图形监示器和相应的控制电路组成。在工业计算机中，插入一块VGA/TVGA图形控制板即可实现功能很强的图象显示功能。②优点：丰富的画图命令：如点、线、矩形、多边形、圆、弧以及区域填充、拷贝、剪裁等操作还有窗口功能等③缺点：体积与功耗大，易受振动和冲击，容易受射线辐射、磁场干扰，因此在恶劣工况下须采用特殊加固和屏蔽措施。2、TFT显示器(1)体积小，耗电省，如最薄的壁挂式机型厚度仅为5cm(2in)；(2)可靠性高，寿命长，不易受振动、冲击和射线的干扰影响；(3)显示颜色256种基色，可扩展至25600种组合。6.3.2图形显示画面引言1．总貌画面2．分组画面3．点画面4．流程图画面5．趋势曲线画面6．报警显示画面7．操作指导画面引言图形显示器作用：直观形象地监视和操作工业生产过程。显示画面功能：反映出整个生产的工艺流程，便于单元操作控制；要有实时动态数据，又要有历史记忆功能。显示画面功能内容：调节器、指示仪、记录仪、报警仪、模拟屏以及开关按钮、指示灯等。设计语言：早期用汇编语言来编写，后来多采用高级语言，现在采用组态软件，诸如美国的Intouc