LED條圖顯示器與單片機(jī)接口技術(shù)

1 引言

條因顯示器又稱光柱顯示器。用條圖顯示器組成的條圖顯示方法是不同于指針式顯示的另一種新型模擬顯示方式，它不僅可顯示被測量的大小，還可以直觀地反映被測量的變化、變化趨勢及量程范圍等。條圖顯示器由電于器件組成，結(jié)合了指針式儀表和數(shù)字化儀表的一些特點(diǎn)，具有顯示亮度均勻，可靠性高，防磁，抗振動(dòng)，耐沖擊，無阻尼，抗干擾能力強(qiáng)，對被測量的變化反映迅速真實(shí)，不存在讀數(shù)誤差等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于各種顯示調(diào)節(jié)儀表，工業(yè)控制設(shè)備中，作為過程量或控制量等參數(shù)的模擬指示。

LCD條圖顯示器功耗低，顯示時(shí)一般需要背光配合，否則不適合在光線較弱的場合使用；同時(shí)，LCD一般為單色顯示，不適應(yīng)多色彩狀態(tài)指示的場合。LED條圖顯示器的發(fā)光體是發(fā)光二極管，亮度大，電壓低，基本適用于所有場合，但功耗較大。

2 LED條圖顯示器

條圖顯示器由一串發(fā)光或不發(fā)光的點(diǎn)(條)狀顯示器件排成長條(直線或圓弧狀)組成，長條邊有標(biāo)度尺，發(fā)光點(diǎn)在標(biāo)度尺上的位置反映被測量的大小。顯示方式既可以用點(diǎn)方式，也可以用條方式.點(diǎn)顯示方式下，只顯示參考點(diǎn)(通常為0點(diǎn))和被測量值點(diǎn)；條顯示方式下，顯示0點(diǎn)至被測量值點(diǎn)的所有點(diǎn)。

LED條圖顯示器是由若干LED管芯按規(guī)定長度等距排列而組成，具有紅、綠、橙、黃等不同顏色，一般有128線，101線(或100線)，64線，51線等規(guī)格，線數(shù)為所含LED數(shù)，其中一個(gè)LED(對101線，51線等產(chǎn)品)一般用于電源指示，也可以作其他用途或不用；而另外的LED一般組成×8或×10結(jié)構(gòu)，采用行列掃描方式以節(jié)省資源。如100線有10×10結(jié)構(gòu)和8×13結(jié)構(gòu)。一般有共陰型和共陽型可選。在使用中，除了購買成品外，也可根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)條圖顯示器的LED顏色色、布局、形狀等。

3 MAX7219簡介

目前，一些過程儀表常采用LM3914點(diǎn)／住顯示驅(qū)動(dòng)器和附屬電路組成LED條圖顯示器，將輸入的模擬量直接轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，通過LED進(jìn)行條固顯示。此法簡單易行，但須對輸入的模擬信號進(jìn)行零度和滿度校正。在采用單片機(jī)組成的檢測控制系統(tǒng)或儀表中就不合適了，使用范圍受到一定限制。

MAX7219是美國MAXIM公司推出的多功能串行LED顯示驅(qū)動(dòng)器，采用3線串行接口傳送數(shù)據(jù)，可直接與單片機(jī)接口。它內(nèi)含硬件動(dòng)態(tài)掃描顯示控制，每片可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED數(shù)碼管，因此可直接驅(qū)動(dòng)64段LED條圖顯示器。當(dāng)多片MAX7219級聯(lián)時(shí)，可控制更多的LED。也可以將MAX7219的一部分用于數(shù)字顯示，一部分用于條圖顯示。顯示的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理(如量程標(biāo)定，線性化，漂移處理等)后送至MAX7219，因而顯示結(jié)果更加準(zhǔn)確可信。

MAX7219是共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，其SEGA-G和SEGH為LED七段顯示器段和小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)端，DIG 0-7為8位數(shù)字驅(qū)動(dòng)線，輸出位選信號，DIN為串行數(shù)據(jù)輸入端，CLK為串行時(shí)鐘輸入端，DOUT為串行數(shù)據(jù)輸出端，在級聯(lián)時(shí)傳到下一片MAX7219的DIN端，LOAD為裝入數(shù)據(jù)控制端，Iset端通過一個(gè)電阻與電源相連，以提供給LED段的峰值電流。

MAX7219片內(nèi)寄存器分為8個(gè)數(shù)位寄存器和6個(gè)控制寄存器。編程時(shí)需對其操作，故總結(jié)簡要介紹如下：

(1)無操作寄存器允許數(shù)據(jù)通過而不對當(dāng)前MAX7219產(chǎn)生影響。主要用于多片MAX7219級聯(lián)時(shí)。

(2)譯碼方式寄存器決定數(shù)位寄存器的譯碼方式?？蓪?shù)位寄存器工作方式設(shè)置為B碼方式或不譯碼方式。B碼方式適用于驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管；不譯碼方式適用于驅(qū)動(dòng)條圖顯示器。譯碼方式寄存器的每位對應(yīng)一個(gè)數(shù)位，1為B碼方式，O為不譯碼方式。

(3)數(shù)位寄存器決定該位LED顯示的內(nèi)容。采用B碼方式時(shí)，要在指定數(shù)位上顯示字符，只要按B碼字符表將字符代碼寫入相應(yīng)的數(shù)位寄存器即可。

(4)掃描范圍寄存器設(shè)置顯示數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)。該寄存器的低3位(D2一Io)指定要掃描的數(shù)位數(shù)，可從1-8。

(5)關(guān)斷寄存器其中D7一D1任意，DO為0，關(guān)閉所有顯示器，但各寄存器中的數(shù)據(jù)保持不變；DO為1，正常顯示。

(6)顯示測試寄存器用于檢查各LED或數(shù)碼管各段的好壞。其中D7一Dl位任意，DO為1，LED處于顯示測試狀態(tài)，所有8位LED的段被掃描點(diǎn)亮；DO為0，處于正常工作狀態(tài)。

(7)亮度控制寄存器當(dāng)采用數(shù)字控制方式時(shí)，可通過D3一DO技制內(nèi)部脈寬調(diào)制nAc的占空比來控制LED段電流的平均值，從而控制LED的亮度。D7一D4位可任意。D3一DO的值越大，LED顯示越亮。在模擬控制方式時(shí)，調(diào)節(jié)v+與Iset端之間的外接電阻Rset的阻值可控制LED段電流的大小，達(dá)到硬件調(diào)節(jié)亮度的目的。

4 MAX7219與8031的接口

4．1 硬件

由MAX7219驅(qū)動(dòng)的100段條固顯示器電路如圖1所示。100段條固顯示器構(gòu)成8×13結(jié)構(gòu)，由兩片MAX719級聯(lián)驅(qū)動(dòng)。8031的P1．O，P1．1，P1．2分別與MAX7219的DIN，CLK，LOAD端相連，而第一片MAX7219的DOUT與第二片MAx7219的DIN相連接。兩個(gè)GND腳都必須連接到地線。電阻Rset可調(diào)節(jié)LED的亮度，每段的驅(qū)動(dòng)峰值電流約為Rset中電流的100倍。Rset的最小值為9．53kΩ實(shí)際使用中可先用電位器調(diào)節(jié)亮度合適后再取一標(biāo)稱值。

4．2軟件

上電時(shí)，所有控制寄存器均被復(fù)位，顯示器熄滅，MAX219進(jìn)入關(guān)斷方式。故在使用顯示器之前須進(jìn)行控制寄存器的初始化。包括退出關(guān)斷方式，指定譯碼方式(本例是條圖顯示，故采用不譯碼方式)，掃描范圍(本例為13位)，設(shè)置顯示亮度，最后進(jìn)入正常工作方式。MAX7219將按5個(gè)控制寄存器規(guī)定的方式對待顯示的數(shù)字自動(dòng)掃描顯示。

無論初始化MAX7219的控制寄存器，還是在相應(yīng)的LED數(shù)碼管(條圖顯示器)顯示數(shù)字或光校，均須對數(shù)據(jù)進(jìn)行寫入。MAX7219規(guī)定16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)為一串行數(shù)據(jù)包p其中D15一D12位不用，可為任意值。D11一D8為內(nèi)部控制寄存器和顯示數(shù)據(jù)寄存器的地址。D7一10為5個(gè)控制寄存器的命令字或8個(gè)待顯示的數(shù)據(jù)。D15為串行傳送的第一位，DO為最后一位。16位數(shù)分成二字節(jié)，第一字節(jié)是地址，第二字節(jié)是數(shù)據(jù)。

下面給出通用的寫入于程序WRITE，供參考。R3中為控制寄存器的地址，R4中為傳送的命令字或待顯示的數(shù)據(jù)。