基于單片機的數碼管動(dòng)態(tài)顯示器的設計方案

　　1.前言

　　數碼管靜態(tài)顯示系統需要占用過(guò)多的單片機口線(xiàn)，但是可以保證正常的亮度。為了解決占用口線(xiàn)較多而浪費硬件資源等問(wèn)題，研究人員開(kāi)發(fā)了一系列諸如74HC595的數碼管驅動(dòng)芯片，該類(lèi)芯片可以實(shí)現串行轉并行的工作方式，驅動(dòng)數碼管實(shí)現靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示。但是，這樣一種工作方式暴露出控制系統實(shí)時(shí)性不足等問(wèn)題，在某些對系統響應時(shí)間要求比較高的場(chǎng)合的應用產(chǎn)生了一定的限制。為了解決上述幾個(gè)弊端，本文提出了一種基于單片機的數碼管動(dòng)態(tài)顯示器的設計方案，以IAP15F2K61S2系列單片機做控制核心，并采用全新的軟硬件電路實(shí)現數碼管的動(dòng)態(tài)顯示。

　　2.控制系統硬件設計

　　2.1 顯示器外觀(guān)設計

　　本顯示器采用六個(gè)共陽(yáng)極的數碼管，按照通常的做法，六個(gè)數碼管水平排列在產(chǎn)品的最上方，如圖1所示，這樣的設計可以方便的將控制系統的控制狀態(tài)顯示出來(lái)。下方采用的是40管腳DIP封裝的單片機，所有并行口線(xiàn)都安排了插針，可以方便的實(shí)現系統的外部擴展，增強本顯示器的可移植性。

　　采用透明的亞克力材料制作顯示器的外殼，可以很好的進(jìn)行可見(jiàn)光線(xiàn)傳播，同時(shí)，可以堅固的固定電路板。

　　2.2 顯示器控制核心

　　核心選擇IAP15F2K61S2單片機是宏晶科技有限公司（STC）于2013年所推出的最新款的1T單片機，是常規51單片機的加強版。該系列單片機的運行速度要比普通51單片機快7-12倍，可以較大幅度的提高單片機控制系統的響應速度，降低系統的響應時(shí)間。

　　IAP15F2K61S2單片機集成了豐富的實(shí)用功能部件，簡(jiǎn)化了常規單片機最小系統的硬件構成，省去了外部復位電路和時(shí)鐘電路等部分，優(yōu)化了管腳配置，配置了五個(gè)8位（P0，P1，P2，P3，P4）和一個(gè)2位（P5）通用并行I/O口線(xiàn)。

　　本顯示器配置IAP15F2K61S2單片機的P2口的低六位作為數碼管的選擇控制信號，P0口作為數碼管的顯示段碼傳送數據總線(xiàn)。

　　2.3 顯示器控制電路設計

　　本顯示器的控制電路包括電源模塊、驅動(dòng)模塊、顯示模塊、程序下載模塊等模塊，產(chǎn)品電路原理圖如圖2所示。

　　顯示器的電源模塊采用兩種供電方式。

　　第一種方式是通過(guò)USB轉串行口的下載器給顯示器供電，第二種方式是通過(guò)5V直流電源適配器供電，另外還可以方便的改裝成220V交流電供電，下載器的供電電源來(lái)自計算機的USB口，能夠提供給控制系統的電流太小，影響了數碼管的正常顯示亮度，而采用220V交流電供電方式還需要添加過(guò)多的電源處理電路，選用第二種方式5V直流電源適配器給本顯示器供電，既便于給產(chǎn)品供電，也可以提供充足的電流。

　　驅動(dòng)模塊保證了共陽(yáng)極數碼管的正常顯示，由于單片機的管腳輸出電流是有限的，因此，P2口對共陽(yáng)極數碼管公共端的控制需要添加三極管進(jìn)行驅動(dòng)，本顯示器選用NPN型三極管9013實(shí)現對數碼管公共端的控制。

　　將六個(gè)數碼管水平排成一行，公共端通過(guò)三極管進(jìn)行控制，而數據段與單片機的口線(xiàn)直接相連構成了本顯示器的顯示模塊。

　　IAP15F2K61S2系列單片機程序的下載可以通過(guò)其自帶的全雙工異步串行口（UART）所配置的兩條管腳RXD（P3.0）和TXD（P3.1）實(shí)現，這種程序下載方式需要的硬件條件非常簡(jiǎn)單，下載軟件的操作方式非常的便捷，受到眾多單片機系統研發(fā)人員的青睞。本顯示器正是采用了這樣的程序下載方式。

　　3.顯示器控制系統軟件設計

　　3.1 顯示信息處理

　　動(dòng)態(tài)顯示器是一種通過(guò)異步顯示方式控制數碼管顯示位置和對應顯示字符的高效顯示器。當需要在顯示器上顯示某些信息時(shí)，必須先取得該信息對應的段碼作為待顯示數據存入相應的數組。在發(fā)送顯示段碼之前需要將對應數碼管的共陽(yáng)極公共端置為高電平，之后再通過(guò)P0口向該數碼管發(fā)送顯示代碼，該代碼所需顯示的信息將會(huì )顯示在顯示器上。

　　顯示緩沖數組信息的排列方式與本產(chǎn)品的硬件，以及顯示函數的功能恰好相符，以備方便的實(shí)現數據顯示。

　　3.2 系統軟件設計

　　本產(chǎn)品采用六個(gè)共陽(yáng)極數碼管制作了本顯示器。設計共陽(yáng)極數碼管顯示代碼表如下：

　　為了充分發(fā)揮C語(yǔ)言的模塊化編程優(yōu)勢，將動(dòng)態(tài)顯示子函數封裝為一個(gè)通用的模塊，程序如下：

　　當需要顯示器工作的時(shí)候，主程序只需將顯示緩沖區的首個(gè)信息單元的地址通過(guò)子函數的形式參數傳遞到子函數的內部，通過(guò)子函數的處理，依次將顯示緩沖區的數據全部顯示出來(lái)。

　　本顯示器的顯示效果如圖3所示。

　　4.總結

　　本方案中所設計的數碼管動(dòng)態(tài)顯示器，在保證了數碼管正常工作以及節省口線(xiàn)的前提下，大幅提高了系統的實(shí)時(shí)性能，加快了系統的響應素服，功耗更低，結構新穎，成本低廉。