CN106531062B - 动静态驱动扫描多组led数码管的显示电路装置 - Google Patents

动静态驱动扫描多组led数码管的显示电路装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置，旨在提供一种能够节省大量I/O端口，且功耗更低的显示电路装置。本发明通过下述技术方案予以实现：段码不同的几个数码管COM端由一个位选通控制I/O线控制，用不同的锁存器进行段码的锁存；所有数码管的连接分为多组数码管，位码数据由单片机送入锁存器锁存对应连接的数码管的段码，某组数码管通过段码驱动电路显示为静态驱动，多组数码管在位码驱动电路对应的位码控制下分别导通显示为动态驱动，一组数码管的段码用上一组数码管的锁存器进行分时锁存，下一组数码管再用一个位码控制线控制，以此类推，构成多组数码管的动静态驱动扫描电路，组数码管在共同的位码控制下同时点亮。

Description

动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置
技术领域
本发明涉及一种主要用于数码管驱动显示的数码管动态扫描显示电路装置，尤其是动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置。
背景技术
在电子技术中，由LED数码管显示0～9的数是常用的显示技术。数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管显示时，可用LCD(液晶)，也可用LED数码管显示0～9的数。LED数码管常用的显示装置通常利用单片机控制的数码管LED显示电路。数码管要正常显示就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码。根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态驱动显示方式和动态驱动显示方式两类。①静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指将公共端接到电源正极或者电源地上，每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，实际应用时必须增加驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。长时间静态驱动时的电流最大值，如果超过此值，将导致数码管寿命下降，甚至损坏。②要显示多个LED数码管，采用锁存器来扩展端口，一个数码管就需要一个锁存器。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。基本的用单片机来驱动的半导体数码管是由7个条状的发光二极管(LED)按日字形排列而成的，通过解码电路得到的数码接通相应的发光二极而形成相应的字，可实现数字"0～9"及少量字符的显示。另外为了显示小数点，增加了1个点状的发光二极管，因此数码管就由8个LED组成，分别把这些发光二极管命名为"a,b,c,d,e,f,g,dp"的排列顺序。动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，即连接方式是各LED数码管的各段发光二级管（即a、b、c、d、e、f、g、dp各段）分别对应a、b、c、d、e、f、g、dp各段共同接在一个8位I/O口上，而用另外的位选通控制I/O线来控制各段的公共极COM（即数码管的共阳极或共阴极）。另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打开，就可以显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms。动态扫描驱动利用人眼的特性，分时进行LED数码管驱动，人眼感受的是有效亮度的平均值。其优点是驱动芯片少，电路简单，成本低。因此在实际使用中，通常都是采用动态显示驱动的方法。按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极，即是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。而共阴极点或共阳极点分别由另一个8位I/O口控制；也可采用并行扩展口构成显示电路，通常，需要扩展器件管脚的较多，价格较高。由于数码管驱动显示电路占用单片机的I/O口较多，单片机要完成数码管的译码、扫描等任务，负担较重，大尺寸数码管显示时出现闪烁现象。
所有数码管各自的公共极COM由各自独立的位选通控制I/O线控制。当需要某个数码管显示某一字型码时，单片机先将其各段显示的段码送出，然后送出该位的位码（即单片机对位选通COM端选通），这就将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会点亮。通过分时轮流发送段码，再分时扫描控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每个数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二级管的余辉效应，尽管实际上各个数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，要显示的数码管数量多，用静态驱动则需要增加相同数量的锁存器，用动态驱动则程序在扫描频率确定的前提下，需要减少扫描占用的时间才能为程序处理其他事务留出足够的处理时间。当相应的端口变成低电平时，相应的位可以吸入电流。单片机的P0口输出的数据相当于将数码管不要显示的数字段对地短路，这样数码管就会显示需要的数字。+5V通过IN4148二极管和驱动三极管给数码管相应的位供电，这时只要P0口送出数字的显示代码，数码管就能正常显示数字。因为要显示两位不同的数字，所以必须用动态扫描的方法来实现，就是先个位显示1毫秒，再十位显毫秒，不断循环，这样只要扫描时间小于1/50秒，就会因为人眼的视觉残留效应，看到两位不同的数字稳定显示。动态显示的效果和静态显示是一样的，但如果驱动电路有故障，长时间将大电流加在数码管上，将导致数码管烧伤、亮度严重衰减、寿命缩短、出现显示混乱现象，甚至损坏。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种能够减少扫描占用时间，使用寿命长，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低的动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置，包括：由多个数码管和分别锁存对应连接数码管段的码锁存器，其特征在于：多个数码管共用一个位码控制线，段码不同的几个数码管COM端由一个位选通控制I/O线控制，由不同的锁存器进行段码的锁存；所有数码管的连接分为多组数码管，1～5个数码管称为一组，位码数据由单片机送入锁存器，分别锁存对应连接的数码管的段码，某组数码管通过段码驱动电路显示为静态驱动，多组数码管在位码驱动电路对应的位码控制下分别导通显示为动态驱动，一组数码管共用另一个位码控制线，一组数码管的段码用上一组数码管的锁存器进行分时锁存，下一组数码管再用一个位码控制线控制，以此类推，构成多组数码管的动静态驱动扫描电路，组数码管在共同的位码控制下同时点亮。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
减少了扫描占用时间。多个数码管共用一个位码控制线，段码不同的几个数码管COM端由一个位选通控制I/O线控制，由不同的锁存器进行段码的锁存。另外一组数码管共用另一个位码控制线，而该组数码管的段码用上一组数码管的锁存器进行分时锁存。下一组数码管再用一个位码控制线控制，这样类推，可以构成多组数码管的动静态驱动扫描电路，通过调整一组数码管的数量及位码控制线的数量，可以达到同时兼顾静态驱动及动态驱动的各自优势，又减少了扫描占用的时间。解决了要显示的数码管数量多，用静态驱动需要增加相同数量的锁存器，用动态驱动则程序在扫描频率确定的前提下，需要减少扫描占用的时间才能为程序处理其他事务留出足够的处理时间不足。
使用寿命长，能够节省大量的I/O端口。本发明是结合静态驱动与动态驱动的优势，形成本发明，给出一种实用的显示驱动方式。采用一组数码管共用另一个位码控制线，一组数码管的段码用上一组数码管的锁存器进行分时锁存，下一组数码管再用一个位码控制线控制，节省了大量的I/O端口，克服了现有技术长时间将大电流加在数码管上，将导致数码管烧伤、亮度严重衰减、寿命缩短、出现显示混乱现象，甚至损坏问题。
功耗更低。本发明采用称为一组数码管的多个数码管，位码数据由单片机送入锁存器，分别锁存对应连接的数码管的段码，某组数码管通过段码驱动电路显示为静态驱动，功耗更低。解决了现有技术需要扩展器件管脚较多，数码管驱动显示电路占用单片机的I/O口较多，单片机要完成数码管的译码、扫描等任务，负担较重的缺陷。
附图说明
图1是本发明动静态驱动扫描多组LED数码管显示电路的原理示意图。
图2是本发明动静态驱动扫描多组LED数码管显示电路的完整电路图。
图3是段码锁存电路。
图4是位码锁存电路。
图5是位码驱动电路。
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
具体实施方式
参阅图1。在动静态驱动扫描多组LED数码管显示电路中，单片机通过数据线P0.0～P0.7电连接位码1锁存器、位码2锁存器…位码m锁存器，完成段码数据传输及锁存。具体操作如下：单片机首先发送数据给位码锁存，使位码驱动无效，不选通点亮任意一只数码管。单片机根据每只数码管的定义发送显示数据，第一组数码管、N11数码管需要显示的数据通过P0.0～P0.7传输锁存在段码1锁存器中，N12数码管需要显示的数据通过P0.0～P0.7传输锁存在段码2锁存器中，依次类推。N1n数码管需要显示的数据通过P0.0～P0.7传输锁存在段码n锁存器中，以上的有限个段码传输在微秒级的时间内完成，然后将第1行的选通信号通过P0.0～P0.7传输锁存在位码1锁存器中，经过位码1驱动将点亮对应的N11、N12、···、N1n数码管，位码1锁存器的第1行的选通信号在1～2ms选通有效后再通过P0.0～P0.7传输置为无效信号，则N11、N12、····N1n数码管不予选通，N11、N12、···、N1n数码管通过人的视觉暂留现象及发光二级管的余辉效应显示，同理，下一时刻，第二组数码管N21、N22、···、N2n，通过段码1锁存器、段码2锁存器、···段码n锁存器锁存显示数据，位码1锁存器的第2行选通信号有效，第二组数码管显示1～2ms后位码信号无效，通过人的视觉暂留现象及发光二级管的余辉效应继续显示。在程序周期允许的时间内可以进行类似多组数码管的显示。
参阅图2。动静态驱动扫描多组LED数码管显示电路的完整电路图。在以下描述的实施例中，动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置包括：采用多个数码管和分别锁存对应连接数码管段的码锁存器，多个数码管共用一个位码控制线，段码不同的几个数码管COM端由一个位选通控制I/O线控制，由不同的锁存器进行段码的锁存；所有数码管的连接分为多组数码管，1～5个数码管称为一组，位码数据由单片机送入锁存器，分别锁存对应连接的数码管的段码，某组数码管通过段码驱动电路显示为静态驱动，多组数码管在位码驱动电路对应的位码控制下分别导通显示为动态驱动，一组数码管共用另一个位码控制线，一组数码管的段码用上一组数码管的锁存器进行分时锁存，下一组数码管再用一个位码控制线控制，以此类推，构成多组数码管的动静态驱动扫描电路，组数码管在共同的位码控制下同时点亮。
用于锁存每组数码管分别对应的段码的锁存器D1～D5为74HC273锁存器。段码不同的数据由单片机的数据线P0.0～P0.7送入锁存器D1～D5，由锁存器D1～D5进行数据锁存。单片机分时将段码数据依次输入锁存器D1～D5，D1～D5，段码不同的几个数码管COM端由一个位选通控制I/O线控制，由不同的锁存器进行段码的锁存；锁存器D1～D5分别锁存对应连接数码管的段码，数码管组在共同的位码控制下同时点亮。
所有数码管的连接分为多组数码管，1～5个数码管称为一组，共用一个位码控制线，位码数据由单片机送入锁存器，分别锁存对应连接的数码管的段码。某组数码管通过段码驱动电路显示为静态驱动，多组数码管在位码驱动电路对应的位码控制下分别导通显示为动态驱动，一组数码管共用另一个位码控制线，一组数码管的段码用上一组数码管的锁存器进行分时锁存，下一组数码管再用一个位码控制线控制，以此类推，构成多组数码管的动静态驱动扫描电路，组数码管在共同的位码控制下同时点亮。
用于锁存对应某组数码管位码的锁存器D6，位码数据由单片机的数据线P0.0～P0.7送来，由74HC273进行数据锁存，且一次仅一位数据线为显示的有效位，其余为关闭，以保证其余数码管不进行数码管显示的数据更新。
参阅图3。图2中关于段码锁存器D1～D5，某组数码管的第1位数码管如N11的显示数据，通过P0.0～P0.7传输锁存在段码1锁存器中，第2位数码管如N12的显示数据，通过P0.0～P0.7传输锁存在段码2锁存器中，依次类推，第5位数码管如N15的显示数据，通过P0.0～P0.7传输锁存在段码5锁存器中。D1～D5的5个锁存器的选通锁存信号分别为P1.0、P1.1、······、P1.4。
参阅图4。图2中关于位码锁存器D6。位码1锁存器的第1行的选通信号由P0.0的数据决定，第2行的选通信号由P0.1的数据决定，根据需要，其有效信号或无效信号会分时锁存在D6中，而D6锁存器的选通锁存信号为P1.5。
参阅图5。图2中关于位码锁存器D6的驱动，即图2的led-1到LED1的连接根据电流的要求增加了适当的电流放大器件，其余led到LED也相似。在图4中可以看到位码具体某一行的选通信号，而D6作为位码选通锁存信号，其驱动能力不足以带动一组若干只数码管的发光，因此位码选通锁存信号需要进行电流放大进而驱动数码管组，图5的MC1413就是起电流放大作用，由它带动一组数码管的显示。

Claims (5)

1.一种动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置，包括：由多个数码管和分别锁存对应连接数码管段的码锁存器，其特征在于：在动静态驱动扫描多组LED数码管显示电路中，单片机通过数据线P0.0～P0.7电连接位码1锁存器、位码2锁存器…位码m锁存器，完成段码数据传输及锁存；多个数码管共用一个位码控制线，段码不同的几个数码管COM端由一个位选通控制I/O线控制，由不同的锁存器进行段码的锁存；所有数码管的连接分为多组数码管，1～5个数码管称为一组，位码数据由单片机送入锁存器，分别锁存对应连接的数码管的段码，某组数码管通过段码驱动电路显示为静态驱动，多组数码管在位码驱动电路对应的位码控制下分别导通显示为动态驱动，一组数码管共用另一个位码控制线，一组数码管的段码用上一组数码管的锁存器进行分时锁存，下一组数码管再用一个位码控制线控制，以此类推，构成多组数码管的动静态驱动扫描电路，单片机根据每只数码管的定义发送显示数据，第一组数码管、N11数码管需要显示的数据通过P0.0～P0.7传输锁存在段码1锁存器中，N12数码管需要显示的数据通过P0.0～P0.7传输锁存在段码2锁存器中；单片机分时将段码数据依次输入锁存器D1～D5，锁存器D1～D5分别锁存对应连接数码管的段码，组数码管在共同的位码控制下同时点亮。
2.如权利要求1所述的动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置，其特征在于：用于锁存每组数码管分别对应的段码的锁存器D1～D5为74HC273锁存器；段码不同的数据由单片机的数据线P0.0～P0.7送入锁存器D1～D5，由锁存器D1～D5进行数据锁存。
3.如权利要求1所述的动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置，其特征在于：用于锁存对应某组数码管位码的锁存器D6，位码数据由单片机的数据线P0.0～P0.7送来，由74HC273进行数据锁存，且一次仅一位数据线为显示的有效位，其余为关闭，以保证其余数码管不进行数码管显示的数据更新。
4.如权利要求1所述的动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置，其特征在于：第1行的选通信号通过P0.0～P0.7传输锁存在位码1锁存器中，经过位码1驱动将点亮对应的N11、N12、···、N1n数码管，位码1锁存器的第1行的选通信号在1～2ms选通有效后再通过P0.0～P0.7传输置为无效信号，则N11、N12、····N1n数码管不予选通，N11、N12、···、N1n数码管通过人的视觉暂留现象及发光二级管的余辉效应显示，同理，下一时刻，第二组数码管N21、N22、···、N2n，通过段码1锁存器、段码2锁存器、···段码n锁存器锁存显示数据，位码1锁存器的第2行选通信号有效，第二组数码管显示1～2ms后位码信号无效，通过人的视觉暂留现象及发光二级管的余辉效应继续显示；在程序周期允许的时间内进行类似多组数码管的显示。
5.如权利要求1所述的动静态驱动扫描多组LED数码管的显示电路装置，其特征在于：在段码锁存器D1～D5中，某组数码管的第1位数码管如N11的显示数据，通过P0.0～P0.7传输锁存在段码1锁存器中，第2位数码管如N12的显示数据，通过P0.0～P0.7传输锁存在段码2锁存器中，依次类推，第5位数码管如N15的显示数据，通过P0.0～P0.7传输锁存在段码5锁存器中，D1～D5的5个锁存器的选通锁存信号分别为P1.0、P1.1、···、P1.4。
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