通用型智能LED顯示面板設(shè)計

0 引言
目前，控制儀表經(jīng)常使用的顯示面板主要有LCD和LED兩種類型，其中LCD比較美觀，省電，顯示方式靈活，但是價格比較昂貴，最重要的是它的醒目程度較低，可視角度也比較小；而LED數(shù)碼管雖然功耗較大，但它亮度高，用作工業(yè)現(xiàn)場指示時更醒目，而且價格低。因此，用LED作為工業(yè)現(xiàn)場的指示器，具有更好的性價比。
本文介紹一種采用LED數(shù)碼管作為顯示元件的通用型智能數(shù)字顯示面板的設(shè)計方法。該面板根據(jù)80×160 ×160標(biāo)準(zhǔn)儀表機(jī)箱設(shè)計，采用AT98C5X單片機(jī)作為控制器。它既可作為其他儀表的顯示單元，也可作為獨(dú)立的現(xiàn)場顯示器使用。

1 LED顯示面板的功能
本文的LED通用智能型顯示面板如圖l所示。該面板中央為兩排LED數(shù)碼管，每排4位。上排為紅色，下排為綠色。面板左邊為四個發(fā)光二極管，右邊為四個按鍵開關(guān)。其顯示和開關(guān)可根據(jù)不同應(yīng)用定義。

該面板作為調(diào)節(jié)儀表的顯示器時，上排LED可顯示測量值，下排LED可顯示閥位反饋值。左邊的發(fā)光二極管用做工作狀態(tài)指示，從上到下，依次為高報警、低報警、自動(亮)／手動、以及儀表通信狀態(tài)指示。右邊的按鍵用于參數(shù)設(shè)定與查詢等操作。為方便描述，其按鍵從上到下分別稱為按鍵1～4。
在調(diào)節(jié)儀表正常工作狀態(tài)下，按鍵1按下時，報警上限值顯示；按鍵2按下時，報警下限值顯示；按鍵3為閥門開度手動／自動切換。當(dāng)設(shè)為手動狀態(tài)時，按鍵1和按鍵2用于遙調(diào)閥門開度，每按一次，閥位反饋值(綠色LED最后一位)±1。按鍵4為功能切換按鍵。
在儀表參數(shù)設(shè)定狀態(tài)下，按鍵1為循環(huán)方式選擇參數(shù)，紅色LED顯示當(dāng)前設(shè)定值，綠色LED顯示被設(shè)置參數(shù)的序號；按鍵2為設(shè)置位參數(shù)值
加1；按鍵3可以右循環(huán)方式選擇設(shè)置參數(shù)的當(dāng)前位，當(dāng)前設(shè)置的數(shù)據(jù)位用閃爍表示；按鍵4為確認(rèn)參數(shù)設(shè)置，連按兩次按鍵4可進(jìn)行功能切換。
作為獨(dú)立的顯示器單元時，本顯示面板可作為多路巡回顯示報警器。正常巡檢時，上排LED顯示測量值，下排LED顯示巡檢回路號。左邊的發(fā)光二極管顯示回路工作狀態(tài)，從上到下依次為高報警、低報警、回路中斷、巡檢(亮)／停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)某回路參數(shù)越限時，對應(yīng)的報警指示二極管發(fā)亮。
右邊的按鍵可用于設(shè)定參數(shù)與查詢等操作。正常工作(巡檢)時，按鍵2為功能切換，按鍵4為顯示方式切換。按鍵4按下一次，停止巡檢，保持當(dāng)前顯示狀態(tài)。在此狀態(tài)下，按下按鍵1和按鍵2，可分別顯示該回路上、下限報警設(shè)定值。按鍵3用于循環(huán)選擇顯示回路號，每按一次，回路號加一。按下按鍵4一次。系統(tǒng)又將進(jìn)入正常巡檢狀態(tài)。

2 硬件部分設(shè)計
2．1 LED數(shù)碼管顯示電路
LED數(shù)碼管是由若干個發(fā)光二極管按一定的規(guī)律排列而成的，當(dāng)某個發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的段就會被點亮。根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管連接方式的不同，LED數(shù)碼管可以分為共陽極和共陰極兩類。本文采用共陽極顯示方式，段碼值從0到9依次為：Ox0C0、OxF9、Ox0A4、Ox0BO、0x9 9、0x92、0x82、0x0F8、Ox80、0x90。
數(shù)碼管顯示驅(qū)動方式可以分為動態(tài)(掃描)驅(qū)動和靜態(tài)驅(qū)動，以下是三種設(shè)計方案：
(1)靜態(tài)驅(qū)動方式
該方式中，各個LED數(shù)碼管同時顯示各自的字符，并維持不變，直到顯示下一個字符為止。這種方式下，每一個數(shù)碼管要對應(yīng)一個8位驅(qū)動存儲器，8個數(shù)碼管共需64根驅(qū)動線，因而需要較多芯片，顯示面板面積較大。
(2)采用8根位選線的動態(tài)驅(qū)動顯示
這是將所有數(shù)碼管相同的段選線并聯(lián)，各數(shù)碼管位選線輪流選通，分時多路復(fù)用。這種方案在任一時刻只有一位數(shù)碼管被選中發(fā)光，然后利用人眼的視覺暫留特點實現(xiàn)同時顯示的效果。本顯示面板有8個數(shù)碼管，只需要8個位驅(qū)動線和8個段驅(qū)動線。但8位循環(huán)顯示時，每一位數(shù)碼管的發(fā)光時間只占1／8循環(huán)時間，可能導(dǎo)致數(shù)碼管顯示閃爍。
(3)采用4位分組動態(tài)驅(qū)動顯示
這是將兩個LED數(shù)碼管共用一根位選線。這種方案相對于方案2少用一個8位驅(qū)動器，每一位發(fā)光時間有1／4循環(huán)，因而比較容易保證數(shù)碼管顯示不閃爍。
本設(shè)計選用4位分組動態(tài)驅(qū)動顯示方式。顯示面板采用AT89C5X單片機(jī)作為LED控制驅(qū)動器。單片機(jī)的P1和P2口分別與兩個LED數(shù)碼管的段選線相連，P0口的P0．0、PO．1、P0．2、P0．3分別是兩個LED數(shù)碼管的位選線，主要用來控制兩個數(shù)碼管的相同位。
2．2 發(fā)光二極管電路
發(fā)光二極管電路的設(shè)計比較簡單?？蓪纹瑱C(jī)P3口的P3．0、P3．1、P3．6、P3．7分別與四個發(fā)光二極管的陽極相連，以便控制四個發(fā)光二極管的工作。