LED條圖顯示器與單片機接口技術(shù)

1 引言

條因顯示器又稱(chēng)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(guān)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，結合了指針式儀表和數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(wú)阻尼，抗干擾能力強，對被測量的變化反映迅速真實(shí)，不存在讀數誤差等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于各種顯示調節儀表，工業(yè)控制設備中，作為過(guò)程量或控制量等參數的模擬指示。

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(xiàn)較弱的場(chǎng)合使用；同時(shí)，LCD一般為單色顯示，不適應多色彩狀態(tài)指示的場(chǎng)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(chǎng)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(cháng)條(直線(xiàn)或圓弧狀)組成，長(cháng)條邊有標度尺，發(fā)光點(diǎn)在標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管芯按規定長(cháng)度等距排列而組成，具有紅、綠、橙、黃等不同顏色，一般有128線(xiàn)，101線(xiàn)(或100線(xiàn))，64線(xiàn)，51線(xiàn)等規格，線(xiàn)數為所含LED數，其中一個(gè)LED(對101線(xiàn)，51線(xiàn)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結構，采用行列掃描方式以節省資源。如100線(xiàn)有10×10結構和8×13結構。一般有共陰型和共陽(yáng)型可選。在使用中，除了購買(mǎi)成品外，也可根據需要自行設計條圖顯示器的LED顏色色、布局、形狀等。

3 MAX7219簡(jiǎn)介

目前，一些過(guò)程儀表常采用LM3914點(diǎn)／住顯示驅動(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變?yōu)閿底至?，通過(guò)LED進(jìn)行條固顯示。此法簡(jiǎn)單易行，但須對輸入的模擬信號進(jìn)行零度和滿(mǎn)度校正。在采用單片機組成的檢測控制系統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顯示驅動(dòng)器，采用3線(xiàn)串行接口傳送數據，可直接與單片機接口。它內含硬件動(dòng)態(tài)掃描顯示控制，每片可驅動(dòng)8個(gè)LED數碼管，因此可直接驅動(dòng)64段LED條圖顯示器。當多片MAX7219級聯(lián)時(shí)，可控制更多的LED。也可以將MAX7219的一部分用于數字顯示，一部分用于條圖顯示。顯示的數據通過(guò)單片機數據處理(如量程標定，線(xiàn)性化，漂移處理等)后送至MAX7219，因而顯示結果更加準確可信。

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

MAX7219片內寄存器分為8個(gè)數位寄存器和6個(gè)控制寄存器。編程時(shí)需對其操作，故總結簡(jiǎn)要介紹如下：

(1)無(wú)操作寄存器允許數據通過(guò)而不對當前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位寄存器的譯碼方式?？蓪滴患拇嫫鞴ぷ鞣绞皆O置為B碼方式或不譯碼方式。B碼方式適用于驅動(dòng)LED數碼管；不譯碼方式適用于驅動(dòng)條圖顯示器。譯碼方式寄存器的每位對應一個(gè)數位，1為B碼方式，O為不譯碼方式。

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

(4)掃描范圍寄存器設置顯示數據位的個(gè)數。該寄存器的低3位(D2一Io)指定要掃描的數位數，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，但各寄存器中的數據保持不變；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)亮度控制寄存器當采用數字控制方式時(shí)，可通過(guò)D3一DO技制內部脈寬調制nAc的占空比來(lái)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)，調節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，達到硬件調節亮度的目的。

4 MAX7219與8031的接口

4．1 硬件

由MAX7219驅動(dòng)的100段條固顯示器電路如圖1所示。100段條固顯示器構成8×13結構，由兩片MAX719級聯(lián)驅動(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(xiàn)。電阻Rset可調節LED的亮度，每段的驅動(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節亮度合適后再取一標稱(chēng)值。

4．2軟件

上電時(shí)，所有控制寄存器均被復位，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)控制寄存器規定的方式對待顯示的數字自動(dòng)掃描顯示。

無(wú)論初始化MAX7219的控制寄存器，還是在相應的LED數碼管(條圖顯示器)顯示數字或光校，均須對數據進(jìn)行寫(xiě)入。MAX7219規定16位二進(jìn)制數據為一串行數據包p其中D15一D12位不用，可為任意值。D11一D8為內部控制寄存器和顯示數據寄存器的地址。D7一10為5個(gè)控制寄存器的命令字或8個(gè)待顯示的數據。D15為串行傳送的第一位，DO為最后一位。16位數分成二字節，第一字節是地址，第二字節是數據。

下面給出通用的寫(xiě)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據。