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1、第六章第六章 显示器及其接口技术显示器及其接口技术本章要点本章要点:1.LED1.LED数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路。 2.LCD2.LCD液晶显示器的结构原理、驱动方式及其接口电路。液晶显示器的结构原理、驱动方式及其接口电路。3.3.图形显示画面的几种形式与功能作用。图形显示画面的几种形式与功能作用。返回总目录返回总目录本章主要内容本章主要内容n 引言引言n 6.1 LED6.1 LED数码管显示器数码管显示器n 6.2 LCD6.2 LCD液晶显示器液晶显示器 n 6.3 6.3 图形显示器图形显示器 思考题思考题 引言引言 显示
2、装置显示装置 主要用来显示生产过程的工艺状况与运行结果主要用来显示生产过程的工艺状况与运行结果常用的显示器件：常用的显示器件：n显示记录仪显示记录仪- - 是以模拟方式连续显示和记录过程参数的动态变化，但其价格是以模拟方式连续显示和记录过程参数的动态变化，但其价格 都很贵，在目前的计算机控制系统中已很少采用。都很贵，在目前的计算机控制系统中已很少采用。nLEDLED数码管数码管- - 具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠 性高等优点，已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛采用。性高等优点，已被微型计算机控制系统及智能化仪表
3、广泛采用。 LCD- LCD- 则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表 到便携式微型计算机等应用场合。到便携式微型计算机等应用场合。nCRTCRT终端终端- - CRTCRT终端以其图文并茂的直观生动画面，可以显示生产过程中的终端以其图文并茂的直观生动画面，可以显示生产过程中的 各种画面及报表，如生产流程图、显示报警图、趋势曲线图、各种画面及报表，如生产流程图、显示报警图、趋势曲线图、 路查询图等路查询图等, ,在在很多微型计算机控制系统中，特别在很多微型计算机控制系统中，特别在DDCDDC，SCCSCC以以 及及DCS
4、DCS控制系统中，大都采用控制系统中，大都采用CRTCRT操作台进行监视和控制。操作台进行监视和控制。6.1 LED6.1 LED数码管显示器数码管显示器n6.1.1 LED 6.1.1 LED 显示器的显示器的工作工作原理原理 n6.1.2 LED6.1.2 LED显示器的显示方式显示器的显示方式n6.1.3 LED6.1.3 LED显示器接口电路显示器接口电路 6.1.1 LED 6.1.1 LED 显示器工作原理显示器工作原理LED-LED-（Light Emitting DiodeLight Emitting Diode的英文缩写）的英文缩写）, ,是利用是利用PNPN结把电能结把电能
5、转换成光能的固体发光器件，根据制造材料的不同可以发转换成光能的固体发光器件，根据制造材料的不同可以发出出红、黄、绿、白红、黄、绿、白等不同色彩的可见光来。等不同色彩的可见光来。伏安特性伏安特性-类似普通二极管，正向压降约为类似普通二极管，正向压降约为2 2伏左右，工作电流伏左右，工作电流 一般在一般在10 -20 10 -20 mAmA。结构形式结构形式-单段的圆形或方形单段的圆形或方形LEDLED常用来显示设备的运行状态，常用来显示设备的运行状态， 8 8段段LEDLED可以显示各种数字和字符。可以显示各种数字和字符。图图 LED显示器显示器 8 8段段LEDLED显示器的结构与工作原理显示
6、器的结构与工作原理链接动画链接动画8 8段段LEDLED段选码原理段选码原理链接动画链接动画图图 8段段LED段选码原理段选码原理实现方法实现方法 CPU的数据线与的数据线与LED各段各段引脚相连，控制输出引脚相连，控制输出的数据，点亮的数据，点亮8段段LED不同段的组合，不同段的组合，显示等十六进制数。显示等十六进制数。6.1.2 LED6.1.2 LED显示器显示方式显示器显示方式 在计算机控制系统中，常利用在计算机控制系统中，常利用n n个个LEDLED显示器构成显示器构成n n位显示。位显示。通常把点亮通常把点亮LEDLED某一段的控制称为某一段的控制称为段选段选，而把点亮，而把点亮L
7、EDLED某一位的某一位的控制称为控制称为位选或片选位选或片选。根据。根据LEDLED显示器的段选线、位选线与控显示器的段选线、位选线与控制端口的连接方式不同，制端口的连接方式不同，LEDLED显示器有显示器有静态显示与动态显示静态显示与动态显示两两种方式，下面以种方式，下面以4 4个共阴极个共阴极LEDLED的组合为例进行说明。的组合为例进行说明。1 1、静态显示方式、静态显示方式2 2、动态显示方式、动态显示方式1 1静态显示方式静态显示方式链接动画链接动画适用：适用：规模较大的实时控制系统。规模较大的实时控制系统。2 2动态显示方式动态显示方式链接动画链接动画结构特点：结构特点：4个个L
8、ED显示器各自的段选线连在一起，与一个显示器各自的段选线连在一起，与一个8位的位的I/O口相连；口相连；各自的各自的COM端则由另一个端则由另一个I/O口进行位选。口进行位选。6.1.3 LED6.1.3 LED显示器接口电路显示器接口电路v 1 1静态显示接口电路静态显示接口电路v 2 2动态显示接口电路动态显示接口电路 整个显示部分正常工作必须有：整个显示部分正常工作必须有： 显示部分、锁存器、译码、驱动电路。显示部分、锁存器、译码、驱动电路。1 1静态显示接口电路静态显示接口电路锁存、译码、驱动均由硬件实现锁存、译码、驱动均由硬件实现CD4511B。实现过程实现过程74LS138输出作为
9、输出作为LED片选，每两个共用片选，每两个共用一个片选；每两个段选码共用一个字节；一个片选；每两个段选码共用一个字节； 接口程序为：接口程序为： MOV BXMOV BX，OFFSET DATA1OFFSET DATA1MOV ALMOV AL，BXBXOUT PORT0OUT PORT0，AL AL ；显示左；显示左2 2位位INC BXINC BXMOV ALMOV AL，BXBXOUT PORT1OUT PORT1，AL AL ；显示右；显示右2 2位位2 2动态显示接口电路动态显示接口电路锁存、驱动由硬件电路实现；锁存、驱动由硬件电路实现；段选码的译码由软件实现。段选码的译码由软件实现
10、。实现过程实现过程链接动画链接动画LEDLED动态扫描流程图动态扫描流程图 假设要显示的假设要显示的4位数据已存放在数据缓冲区内，其扫描显示程序如下：位数据已存放在数据缓冲区内，其扫描显示程序如下：START: :MOV DI,OFFSET BUFDATA ；指向缓冲区首址指向缓冲区首址 MOV CL,08H ；取点亮；取点亮LED1的位码的位码DIS1： MOV AL,DI+0 ；AL中为要显示的数中为要显示的数 MOV BX,OFFSET TABLE ；段码表首址送段码表首址送BX XLAT ；（BX）+（AL） AL， 将段码取到将段码取到AL中中 MOV DX,PORT0 OUT DX
11、,AL ；段码送到段选通道；段码送到段选通道 MOV AL,CL MOV DX,PORT7 OUT DX,AL ；位选码送到位选通道；位选码送到位选通道n PUSH CX ；保存位选码n MOV CX,300HnDELAY： LOOP DELAY ；延迟一定时间n POP CXn CMP CL,01 ；显示扫描是否到最右边LED4n JZ QUIT ；是，则已显示一遍，故退出n INC DI ；否，则指向下一位LEDn SHR CL,1 ；位选码右移指向下一位n JMP DIS1 ；显示下一位LEDnQUIT： RETTABLE DB 3FH TABLE DB 3FH ；0 0 的段选码的段选
12、码 DB 06H DB 06H ；1 1 的段选码的段选码 DB 5BH DB 5BH ；2 2 的段选码的段选码 DB 4FH DB 4FH ；3 3 的段选码的段选码 DB 66H DB 66H ；4 4 的段选码的段选码 DB 6DH DB 6DH ；5 5 的段选码的段选码 DB 7DH DB 7DH ；6 6 的段选码的段选码 DB 07H DB 07H ；7 7 的段选码的段选码 DB 7FH DB 7FH ；8 8 的段选码的段选码 DB 6FH DB 6FH ；9 9 的段选码的段选码 DB 77H DB 77H ；A A 的段选码的段选码 DB 7CH DB 7CH ；b b
13、 的段选码的段选码 DB 39H DB 39H ；C C 的段选码的段选码 DB 5EH DB 5EH ；d d 的段选码的段选码 DB 79H DB 79H ；E E 的段选码的段选码 DB 71H DB 71H ；F F 的段选码的段选码BUFDATA DB 4 DUP BUFDATA DB 4 DUP （? ?） ；4 4个字节的缓冲区个字节的缓冲区 6.2 LCD6.2 LCD液晶显示器液晶显示器n 引言n6.2.1 LCD显示器结构原理 n6.2.2 LCD显示器驱动方式 n6.2.3 段位式LCD接口电路 n6.2.4 点阵式LCD接口电路 引引 言言 液晶显示器液晶显示器LCD(
14、LiquidLCD(Liquid Crystal Crystal Display )Display )是一种利用液晶的扭曲是一种利用液晶的扭曲/ /向列效向列效应制成的新型显示器，它具有功耗极低、应制成的新型显示器，它具有功耗极低、体积小、抗干扰能力强、价格廉等特点，体积小、抗干扰能力强、价格廉等特点，目前已广泛应用在各种显示领域，尤其在目前已广泛应用在各种显示领域，尤其在袖珍仪表和低功耗应用系统中。袖珍仪表和低功耗应用系统中。LCDLCD可分可分为为段位式、字符式和点阵式段位式、字符式和点阵式三种。如右图三种。如右图所示。所示。 图 数字万用表6.2.1 LCD6.2.1 LCD显示器结构原
15、理显示器结构原理 6.2.2 LCD6.2.2 LCD显示器驱动方式显示器驱动方式 LCD LCD的驱动方式：的驱动方式：直接驱动直接驱动显示器件只有一个背极（即下玻璃电极基板），但显示器件只有一个背极（即下玻璃电极基板），但 每个字符段都有独立的引脚；每个字符段都有独立的引脚；多极驱动：多极驱动：显示器具有多个背极，各字符段按点阵结构排列，显示器具有多个背极，各字符段按点阵结构排列， 这是显示字段较多时常采用的驱动方式。这是显示字段较多时常采用的驱动方式。 直接驱动方式工作过程：直接驱动方式工作过程：段位式段位式7 7段段LCDLCD的电极配置及译码驱动电路的电极配置及译码驱动电路6.2.3
16、 6.2.3 段位式段位式LCDLCD接口电路接口电路 1 1、硬件电路、硬件电路 2 2显示程序显示程序 设单片机内设单片机内 RAM20H-25HRAM20H-25H六个单元为显示缓冲区，每个单六个单元为显示缓冲区，每个单 元字节的低元字节的低4 4位依次存放要显示的位依次存放要显示的4 4位位BCDBCD码，相应的显示驱动码，相应的显示驱动子程序如下：子程序如下： DISPDISP： MOV R0MOV R0，#20H #20H ；显示缓冲单元首址送；显示缓冲单元首址送R0R0 MOV R3 MOV R3，#00H #00H ；位选码（左边第；位选码（左边第1 1位）送位）送R3R3 M
17、OV R4 MOV R4，#06H #06H ；位数（；位数（6 6位）送位）送R4R4 LOOP LOOP： MOV AMOV A，R3 R3 ；位选码送；位选码送A A SWAP A SWAP A ；位选码转为高；位选码转为高4 4位位 MOV R2MOV R2，A A ；保存位选码（在高；保存位选码（在高4 4位）位） MOV AMOV A，R0 R0 ；取显示；取显示BCDBCD码码 ORL AORL A，R2 R2 ；位选码与；位选码与BCDBCD码（低码（低4 4位）组合位）组合 ORL AORL A，#80H #80H ；ACCACC7 7置置1 1 MOV P1 MOV P1，
18、A A ；输出组合码；输出组合码 ANL P1ANL P1，#7FH #7FH ；清零；清零P1.7P1.7位位ORL P1ORL P1，#80H #80H ；P1.7P1.7再置再置1 1INC R3 INC R3 ；指向下一位显示数；指向下一位显示数INC R0 INC R0 ；指向下一位显示缓冲单元；指向下一位显示缓冲单元DJNZ R4DJNZ R4，LOOP LOOP ；6 6位未显示完返回位未显示完返回RETRET 如果需要显示小数点，则要给如果需要显示小数点，则要给40544054送显示小数点的相送显示小数点的相应数据。例如第三位要显示小数点，还需加入下列程序：应数据。例如第三位要
19、显示小数点，还需加入下列程序：MOV AMOV A，#64H #64H ；高位；高位01100110将选中将选中S6S6，低位，低位01000100将驱动将驱动第三位小数点第三位小数点ORL AORL A，#80H #80H ；ACCACC7 7置置1 1MOV P1MOV P1，A A ；输出组合码；输出组合码ANL PIANL PI，#7FH #7FH ；清零；清零P1.7P1.7位位ORL PIORL PI，#80H #80H ；P1.7P1.7再置再置1 16.2.4 6.2.4 点阵式点阵式LCDLCD接口电路接口电路n 引言n1. 液晶模块接线原理n2. 液晶模块指令说明n3软件初
20、始化 n4. 应用举例 引引 言言 点阵式点阵式LCDLCD不但可以显示字符，而且可以显示各种图形及不但可以显示字符，而且可以显示各种图形及汉字。把点阵式汉字。把点阵式LCDLCD与配套或选定的驱动器、控制器集成在一与配套或选定的驱动器、控制器集成在一起，就组成点阵式图形液晶显示模块，控制器的种类很多，起，就组成点阵式图形液晶显示模块，控制器的种类很多，比 如 日 本 东 芝 的比 如 日 本 东 芝 的 T 6 9 6 3 , T 6 9 6 3 , 日 立 的日 立 的 H D 6 1 8 8 0 ,H D 6 1 8 8 0 , 精 工 的精 工 的SED1330/SED1335SED1
21、330/SED1335等。现以等。现以1286412864点阵式点阵式LCDLCD液晶显示模块为例液晶显示模块为例加以说明。加以说明。 液晶显示模块液晶显示模块1286412864主要由行主要由行/ /列驱动器及列驱动器及1281286464全点阵全点阵液晶显示器组成。内部含有国标一级、二级简体中文字库和液晶显示器组成。内部含有国标一级、二级简体中文字库和128128个个16168 8点的点的ASCIIASCII字符集。可以同时显示字符集。可以同时显示8 84 4个（个（16161616点阵）汉字和图形显示。它与点阵）汉字和图形显示。它与CPUCPU的接口连线可采用并行或串的接口连线可采用并行
22、或串行两种方式。行两种方式。1 1、液晶模块接线原理、液晶模块接线原理 图 液晶模块与单片机并行连接原理图 2 2液晶模块指令说明液晶模块指令说明 3 3软件初始化软件初始化 4 4应用举例应用举例 液晶字符显示使用时还应注意以下液晶字符显示使用时还应注意以下3 3点：点： （1 1）要在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即）要在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即 先设定显示地址，再写入中文字符编码。先设定显示地址，再写入中文字符编码。（2 2）显示）显示ASCIIASCII字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连
23、续 字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加1 1指向下一指向下一个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空ASCIIASCII字符位置。字符位置。（3 3）当字符编码为）当字符编码为2 2字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。 80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH例如在第例如在第3 3行第行第1 1
24、、2 2列显示列显示“液晶液晶”两个中文字符时，写入两个中文字符时，写入RAMRAM的地址应为的地址应为88H,89H88H,89H。具体过程如下：。具体过程如下： 首先，应根据首先，应根据ST7920-BIG5ST7920-BIG5中文字形码中文字形码( (不同的液晶模块采用的字库编码不同的液晶模块采用的字库编码 可能不同，如有的使用可能不同，如有的使用ST7920-GBST7920-GB简体中文字型简体中文字型) )，查找，查找“液液”字的字的 编码为编码为“B247B247”, , “晶晶”字的编码为字的编码为“B4B9B4B9”. .在进行了软件初始化后，在进行了软件初始化后， 其软其
25、软 件编程步件编程步 骤如下：骤如下： 步骤步骤1: 1: 令令RSRS，R/WR/W为低电平；为低电平； ( (表示后面送入的内容是指令表示后面送入的内容是指令) ) 步骤步骤2: 2: 送送88H88H到到D7-D0D7-D0； ( (设定显示的位置，第三行第一列设定显示的位置，第三行第一列) ) 步骤步骤3: 3: 令令RSRS为高电平，为高电平，R/WR/W为低电平；（表示后面送入的内容是数据）为低电平；（表示后面送入的内容是数据） 步骤步骤4: 4: 送送B2HB2H到到D7-D0;D7-D0;（先送高位字节）（先送高位字节） 步骤步骤5: 5: 送送47H47H到到D7-D0; D
26、7-D0; （后送低位字节，显示（后送低位字节，显示“液液”字）字） 步骤步骤6: 6: 令令RSRS，R/WR/W为低电平；为低电平； ( (表示后面送入的内容是指令表示后面送入的内容是指令) ) 步骤步骤7: 7: 送送89H89H到到D7-D0D7-D0； ( (设定显示的位置，第三行第二列设定显示的位置，第三行第二列) ) 步骤步骤8: 8: 令令RSRS为高电平，为高电平，R/WR/W为低电平；（表示后面送入的内容是数据）为低电平；（表示后面送入的内容是数据） 步骤步骤9: 9: 送送B4HB4H到到D7-D0; D7-D0; （先送高位字节）（先送高位字节） 步骤步骤10: 10:
27、 送送B9HB9H到到D7-D0; D7-D0; （后送低位字节，显示（后送低位字节，显示“晶晶”字）字） 6.3 6.3 图形显示器图形显示器n6.3.1 图形显示器概述 n6.3.2 图形显示画面主要内容主要内容: :6.3.1 6.3.1 图形显示器概述图形显示器概述常用的图形显示器有两种：常用的图形显示器有两种：CRTCRT显示器和显示器和TFTTFT平面显示器。平面显示器。 1 1、CRTCRT显示器显示器 CRTCRT（CathodCathod Ray Tube Ray Tube）显示器：由一个图形监示器和相应的）显示器：由一个图形监示器和相应的控制电路组成。在工业计算机中，插入一
28、块控制电路组成。在工业计算机中，插入一块VGA/TVGAVGA/TVGA图形图形 控制板即可实现功能很强的图象显示功能。控制板即可实现功能很强的图象显示功能。优点：优点：丰富的画图命令：如点、线、矩形、多边形、圆、弧以丰富的画图命令：如点、线、矩形、多边形、圆、弧以 及区域填充、拷贝、剪裁等操作还有窗口功能等及区域填充、拷贝、剪裁等操作还有窗口功能等缺点：体积与功耗大，易受振动和冲击，容易受射线辐射、磁缺点：体积与功耗大，易受振动和冲击，容易受射线辐射、磁 场干扰，因此在恶劣工况下须采用特殊加固和屏蔽措施。场干扰，因此在恶劣工况下须采用特殊加固和屏蔽措施。2 2、TFTTFT显示器显示器 (1
29、) (1) 体积小，耗电省，如最薄的壁挂式机型厚度仅为体积小，耗电省，如最薄的壁挂式机型厚度仅为5cm(2in)5cm(2in)；(2) (2) 可靠性高，寿命长，不易受振动、冲击和射线的干扰影响；可靠性高，寿命长，不易受振动、冲击和射线的干扰影响；(3) (3) 显示颜色显示颜色256256种基色，可扩展至种基色，可扩展至2560025600种组合。种组合。6.3.2 6.3.2 图形显示画面图形显示画面n 引言n1总貌画面 n2分组画面 n3点画面 n4流程图画面 n5趋势曲线画面 n6报警显示画面 n7操作指导画面 引引 言言 图形显示器作用：图形显示器作用：直观形象地监视和操作工业生产
30、过程。直观形象地监视和操作工业生产过程。显示画面功能：显示画面功能： 反映出整个生产的工艺流程，便于单元操作控制；反映出整个生产的工艺流程，便于单元操作控制； 要有实时动态数据，又要有历史记忆功能。要有实时动态数据，又要有历史记忆功能。显示画面功能内容：显示画面功能内容：调节器、指示仪、记录仪、报警仪、模拟屏以调节器、指示仪、记录仪、报警仪、模拟屏以及开关按钮、指示灯等。及开关按钮、指示灯等。设计语言：设计语言： 早期用汇编语言来编写，后来多采用高级语言，现在采早期用汇编语言来编写，后来多采用高级语言，现在采用组态软件，诸如美国的用组态软件，诸如美国的IntouchIntouch、FixFix
31、和德国的和德国的WinccWincc，国内的组态王、力控、，国内的组态王、力控、MCGSMCGS和和ControxControx等等。1 1总貌画面总貌画面2 2分组画面分组画面3 3点画面点画面4 4流程图画面流程图画面 5 5趋势曲线画面趋势曲线画面6 6报警显示画面报警显示画面 为了安全方便地操作，设计者按操作顺序预先将为了安全方便地操作，设计者按操作顺序预先将各项操作指令存入计算机，实际操作时，再以操作各项操作指令存入计算机，实际操作时，再以操作指导画面形式显示出来，用以指导操作。如果出现指导画面形式显示出来，用以指导操作。如果出现误操作，计算机会拒绝接收并显示出错标志，从而误操作，计
32、算机会拒绝接收并显示出错标志，从而保证了安全操作。保证了安全操作。7 7操作指导画面操作指导画面1. 1. 结合图结合图6-16-1，简述，简述8 8段段LEDLED显示器的结构与工作原理。显示器的结构与工作原理。2. 2. 结合图结合图6-26-2，说明，说明8 8段段LEDLED显示器段选码的概念及其显示器段选码的概念及其0F 0F 的段选码表。的段选码表。3 3以以4 4位位LEDLED为例，说明为例，说明LEDLED的静态显示原理及其显示效果的静态显示原理及其显示效果 、 特点及适用场合。特点及适用场合。4 4以以4 4位位LEDLED为例，说明为例，说明LEDLED的动态显示原理及其
33、显示效果、的动态显示原理及其显示效果、 特点及适用场合。特点及适用场合。5 5结合图结合图6-56-5，简述，简述LEDLED静态显示硬件译码电路的工作过程。静态显示硬件译码电路的工作过程。6 6结合图结合图6-66-6，简述，简述LEDLED动态显示软件译码电路的工作过程。动态显示软件译码电路的工作过程。7 7LCDLCD液晶显示器有哪几种类型？简述其作用。液晶显示器有哪几种类型？简述其作用。8 8结合图结合图6-96-9、图、图6-106-10，分析说明，分析说明7 7段段LCDLCD液晶显示器的译码液晶显示器的译码 驱动电路。驱动电路。9 9在计算机控制系统中，常用的监控显示画面有哪些？在计算机控制系统中，常用的监控显示画面有哪些？ 思考题思考题