基于單片機的數(shù)碼管動態(tài)顯示器的設(shè)計方案

　　1.前言

　　數(shù)碼管靜態(tài)顯示系統(tǒng)需要占用過多的單片機口線，但是可以保證正常的亮度。為了解決占用口線較多而浪費硬件資源等問題，研究人員開發(fā)了一系列諸如74HC595的數(shù)碼管驅(qū)動芯片，該類芯片可以實現(xiàn)串行轉(zhuǎn)并行的工作方式，驅(qū)動數(shù)碼管實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)顯示。但是，這樣一種工作方式暴露出控制系統(tǒng)實時性不足等問題，在某些對系統(tǒng)響應時間要求比較高的場合的應用產(chǎn)生了一定的限制。為了解決上述幾個弊端，本文提出了一種基于單片機的數(shù)碼管動態(tài)顯示器的設(shè)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現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示。

　　2.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1 顯示器外觀設(shè)計

　　本顯示器采用六個共陽極的數(shù)碼管，按照通常的做法，六個數(shù)碼管水平排列在產(chǎn)品的最上方，如圖1所示，這樣的設(shè)計可以方便的將控制系統(tǒng)的控制狀態(tài)顯示出來。下方采用的是40管腳DIP封裝的單片機，所有并行口線都安排了插針，可以方便的實現(xiàn)系統(tǒng)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，可以很好的進行可見光線傳播，同時，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(guī)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(tǒng)的響應速度，降低系統(tǒng)的響應時間。

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

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

　　2.3 顯示器控制電路設(shè)計

　　本顯示器的控制電路包括電源模塊、驅(qū)動模塊、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USB轉(zhuǎn)串行口的下載器給顯示器供電，第二種方式是通過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自計算機的USB口，能夠提供給控制系統(tǒng)的電流太小，影響了數(shù)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(qū)動模塊保證了共陽極數(shù)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口對共陽極數(shù)碼管公共端的控制需要添加三極管進行驅(qū)動，本顯示器選用NPN型三極管9013實現(xiàn)對數(shù)碼管公共端的控制。

　　將六個數(shù)碼管水平排成一行，公共端通過三極管進行控制，而數(shù)據(jù)段與單片機的口線直接相連構(gòu)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）實現(xiàn)，這種程序下載方式需要的硬件條件非常簡單，下載軟件的操作方式非常的便捷，受到眾多單片機系統(tǒng)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(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1 顯示信息處理

　　動態(tài)顯示器是一種通過異步顯示方式控制數(shù)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，必須先取得該信息對應的段碼作為待顯示數(shù)據(jù)存入相應的數(shù)組。在發(fā)送顯示段碼之前需要將對應數(shù)碼管的共陽極公共端置為高電平，之后再通過P0口向該數(shù)碼管發(fā)送顯示代碼，該代碼所需顯示的信息將會顯示在顯示器上。

　　顯示緩沖數(shù)組信息的排列方式與本產(chǎn)品的硬件，以及顯示函數(shù)的功能恰好相符，以備方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示。

　　3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　本產(chǎn)品采用六個共陽極數(shù)碼管制作了本顯示器。設(shè)計共陽極數(shù)碼管顯示代碼表如下：

　　為了充分發(fā)揮C語言的模塊化編程優(yōu)勢，將動態(tài)顯示子函數(shù)封裝為一個通用的模塊，程序如下：

　　當需要顯示器工作的時候，主程序只需將顯示緩沖區(qū)的首個信息單元的地址通過子函數(shù)的形式參數(shù)傳遞到子函數(shù)的內(nèi)部，通過子函數(shù)的處理，依次將顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)全部顯示出來。

　　本顯示器的顯示效果如圖3所示。

　　4.總結(jié)

　　本方案中所設(shè)計的數(shù)碼管動態(tài)顯示器，在保證了數(shù)碼管正常工作以及節(jié)省口線的前提下，大幅提高了系統(tǒng)的實時性能，加快了系統(tǒng)的響應素服，功耗更低，結(jié)構(gòu)新穎，成本低廉。