串行LED显示电路设计

在单片机系统设计中，LED显示方式由于具有使用方便、价格低廉等优点而得到广泛应用。在采用并行显示方式时，显示电路的段码与位控码要占用单片机的较多口线，尽管可采用8155等接口芯片进行扩展，但口线利用率仍较低，不能满足大型控制系统的要求。采用串行显示方式则只需占用2至3根口线，节约单片机大量的I/O线，且使用效果很好。本任务利用74HC595A实现多位LED串行显示。

 

74HC595芯片

1.74HC595A工作原理

74HC595A内部含有8位移位寄存器和8位D锁存器，内部结构见图所示。

 

74HC595A内部逻辑结构

 

74HC595与数码管连接

串行移位寄存器接收外部输入串行数据，一方面可进行串行数据输出，同时向锁存器提供8位并行输入数据，并具有异步复位功能;8位锁存器可三态输出并行数据。该芯片具有串行输入、并行输出两个独立的时钟信号。

 

74HC595A逻辑功能表

注：U：不变;N：数据刷新;Z：高阻。

2.应用电路设计

下图为12位LED显示器应用电路。若采用普通的LED并行显示方式需扩展单片机接口，电路复杂、成本高。本系统利用三片74HC595A芯片实现12位串行LED显示控制。使用时，在串行时钟的控制下，可将显示器位控码与段控码逐位串行输入至三个芯片中，然后利用锁存信号实现并行输出，完成12数数码显示更新。利用此显示方式仅占用单片机三根口线，极大节约单片机口线资源。采用串行数据输入，显示速度相对较慢，实际使用时显示效果稳定、可靠，完全满足设计要求。

 

12位LED串行显示应用电路

初始位控码设定为显示第一位数码管(共阴极)，见下表第一行位控码。每显示完一位，需要改变位控码以显示下一位，下表反映了位控码的变化情况。1区寄存器R6、R7用于存放处理位控码。

 

12位LED显示器位控码形成示意图

3. 显示程序工作方式

本程序采用定时方式控制显示器工作。12位显示器采用动态扫描显示，每位显示器显示时间大约为1.67ms，由定时器T0控制。T0定时时间到产生显示中断，进入显示中断程序显示下一位数据。这种显示方式可提高CPU的工作效率，可准确控制显示器的刷新速度。

4.中断显示子程序应用

编制一程序，在12位数码管上依次显示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、0、1

ORG 0000H

DSDATE BIT P1.0 ;串行数据输入

DSCLK BIT P1.1 ;串行移位时钟

DSLUCK BIT P1.2 ;并行锁存时钟

DISBUF EQU 51H ;显示缓冲区首址

DS20 EQU 34H ;20ms定时寄存器(12位显示计数器)

LJMP MAIN ;转主程序

ORG 000BH

LJMP TIMINT ;转定时显示中断子程序

MAIN: MOV SP,#70H ;置椎栈指针

MOV 51H,#00H ;预置显示缓冲区

MOV 52H,#01H

MOV 53H,#02H

MOV 54H,#03H

MOV 55H,#04H

MOV 56H,#05H

MOV 57H,#06H

MOV 58H,#07H

MOV 59H,#08H

MOV 5AH,#09H

MOV 5BH,#00H

MOV 5CH,#01H

MOV 08H,#DISBUF ;1区R0指向显示缓冲区首址

MOV 0EH,#07H ;置初始位控码(1区R6)

MOV 0FH,#0FFH ;置初始位控码(1区R7)

MOV TMOD,#01H ;置T0为1.67ms定时器

MOV TL0,#00H

MOV TH0,#0FAH

MOV DS20,#12 ;置显示位数计数器

SETB TR0 ;启动T0

SETB EA ;开中断

SETB ET0 ;开T0中断

HERE: SJMP HERE

TIMINT: PUSH PSW ;定时显示中断子程序，状态字进栈

MOV PSW,#08H ;重置状态字，选择1区工作寄存器

PUSH ACC ;累加器进栈

PUSH B ;B寄存器进栈

CLR TR0 ;停止T0定时

MOV TH0,#0FAH ;重置1.67ms定时初值

MOV TL0,#00H

SETB TR0 ;启动T0定时

MOV R5,0FH ;位控码送R4、R5

MOV R4,0EH

LCALL DIS1 ;调用显示一位数码管子程序

SETB C ;形成显示下一位位控码并置于1区R6、R7中

MOV A,R6

SETB ACC.4

RRC A

MOV R6,A

MOV A,R7

RRC A

MOV R7,A

DJNZ DS20,LOOP1 ;12位显示完了否，没完退出，若显示完重置

MOV DS20,#12 ;重置显示计数器

MOV R0,#DISBUF ;重置显示缓冲区指针

MOV R7,#0FFH ;重置初始位控码

MOV R6,#07H

LOOP1: POP B ;恢复现场

POP ACC

POP PSW

RETI ;中断返回

DIS1: MOV DPTR,#TAB ;显示一位数码管子程序，指向段码表

MOV A,@R0 ;取待显示字符数据

INC R0 ;修改缓冲区指针

MOVC A,@A+DPTR ;查表取显示字符段码

MOV R3,A ;将段码与位控码组合成20位有效串行码

MOV R1,#0CH ;20位有效串行码置于R3、R4、R5中

MOV A,@R1

SWAP A

MOV @R1,A

MOV A,R3

XCHD A,@R1

MOV A,@R1

SWAP A

MOV @R1,A

MOV A,R3

SWAP A

MOV R3,A

MOV R1,#20 ;置串行输出计数器

DIS0: MOV A,R3 ;R3、R4、R5串行移位，由R5高位输出。

RRC A

MOV R3,A

MOV A,R4

RRC A

MOV R4,A

MOV A,R5

RRC A

MOV R5,A

MOV DSDATE,C ;最高位送至595芯片串行输入端

SETB DSCLK ;产生595芯片串行输入信号

NOP

CLR DSCLK ;串行输入锁存

DJNZ R1,DIS0 ;20位二进码输出完否，没完继续

SETB DSLUCK ;产生595芯片并行输出信号，字符开始显示

NOP

CLR DSLUCK ;输出字符数据由595芯片锁存

RET

TAB: DB 3FH,06H,5BH ;显示段码表

DB 4FH,66H,6DH

DB 7DH,07H,7FH

DB 6FH,00H,40H

END