中心議題：

• LED顯示麵板的功能
• 通用型智能LED顯示麵板設計

解決方案：

• LED數碼管顯示電路設計
• 發光二極管電路設計
• 通信接口電路和按鍵設計
• 通用型智能LED顯示麵板的軟件設計

目前，控製儀表經常使用的顯示麵板主要有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數碼管雖然功耗較大

，但它亮度高，用作工業現場指示時更醒目
，而且價格低。因此
，用LED作為工業現場的指示器，具有更好的性價比。

本文介紹一種采用LED數碼管作為顯示元件的通用型智能數字顯示麵板的設計方法。該麵板根據80×160 ×160標準儀表機箱設計，采用AT98C5X單片機作為控製器。它既可作為其他儀表的顯示單元，也可作為獨立的現場顯示器使用。

1 LED顯示麵板的功能

本文的LED通用智能型顯示麵板如圖1所示。該麵板中央為兩排LED數碼管，每排4位。上排為紅色，下排為綠色。麵板左邊為四個發光二極管，右邊為四個按鍵開關。其顯示和開關可根據不同應用定義。

該麵板作為調節儀表的顯示器時，上排LED可顯示測量值，下排LED可顯示閥位反饋值。左邊的發光二極管用做工作狀態指示，從上到下，依次為高報警、低報警、自動(亮)／手動、以及儀表通信狀態指示。右邊的按鍵用於參數設定與查詢等操作。為方便描述，其按鍵從上到下分別稱為按鍵1～4。

在調節儀表正常工作狀態下
，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。當設為手動狀態時，按鍵1和按鍵2用於遙調閥門開度
，每按一次，閥位反饋值(綠色LED最後一位)±1。按鍵4為功能切換按鍵。

在儀表參數設定狀態下，按鍵1為循環方式選擇參數
，紅色LED顯示當前設定值
，綠色LED顯示被設置參數的序號；按鍵2為設置位參數值加1

；按鍵3可以右循環方式選擇設置參數的當前位，當前設置的數據位用閃爍表示；按鍵4為確認參數設置，連按兩次按鍵4可進行功能切換。

作為獨立的顯示器單元時，本顯示麵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。左邊的發光二極管顯示回路工作狀態，從上到下依次為高報警、低報警
、回路中斷、巡檢(亮)／停止狀態。當某回路參數越限時，對應的報警指示二極管發亮。

右邊的按鍵可用於設定參數與查詢等操作。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，保持當前顯示狀態。在此狀態下，按下按鍵1和按鍵2，可分別顯示該回路上、下限報警設定值。按鍵3用於循環選擇顯示回路號，每按一次
，回路號加一。按下按鍵4一次。係統又將進入正常巡檢狀態。
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2 硬件部分設計

2．1 LED數碼管顯示電路
LEDshumaguanshiyouruogangefaguangerjiguananyidingdeguilvpailieerchengde
，dangmougefaguangerjiguandaotongshi，xiangyingdeduanjiuhuibeidianliang。genjuneibufaguangerjiguanlianjiefangshidebutong，LED數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：0x0C0、0xF9
、0x0A4、0x0BO
、0x9 9、0x92、0x82
、0x0F8、Ox80
、0x90。

數碼管顯示驅動方式可以分為動態(掃描)驅動和靜態驅動，以下是三種設計方案：

(1)靜態驅動方式
該方式中
，各個LED數碼管同時顯示各自的字符，並維持不變，直到顯示下一個字符為止。這種方式下，每一個數碼管要對應一個8位驅動存儲器
，8個數碼管共需64根驅動線，因而需要較多芯片
，顯示麵板麵積較大。

(2)采用8根位選線的動態驅動顯示
zheshijiangsuoyoushumaguanxiangtongdeduanxuanxianbinglian，geshumaguanweixuanxianlunliuxuantong，fenshiduolufuyong。zhezhongfanganzairenyishikezhiyouyiweishumaguanbeixuanzhongfaguang
，ranhouliyongrenyandeshijiaozanliutedianshixiantongshixianshidexiaoguo。benxianshimianbanyou8個數碼管
，隻需要8個位驅動線和8個段驅動線。但8位循環顯示時，每一位數碼管的發光時間隻占1／8循環時間，可能導致數碼管顯示閃爍。

(3)采用4位分組動態驅動顯示
這是將兩個LED數碼管共用一根位選線。這種方案相對於方案2少用一個8位驅動器，每一位發光時間有1／4循環，因而比較容易保證數碼管顯示不閃爍。

本設計選用4位分組動態驅動顯示方式。顯示麵板采用AT89C5X單片機作為LED控製驅動器。單片機的P1和P2口分別與兩個LED數碼管的段選線相連，P0口的P0.0、P0.1
、P0.2、P0.3分別是兩個LED數碼管的位選線，主要用來控製兩個數碼管的相同位。

2．2 發光二極管電路
發光二極管電路的設計比較簡單。可將單片機P3口的P3.0、P3.1、P3.6、P3.7分別與四個發光二極管的陽極相連，以便控製四個發光二極管的工作。

2．3 通信接口電路
此顯示麵板既可作為智能調節儀表的顯示器使用
，也可作為獨立顯示器使用。但是，無論何種應用，都需數字通信。

AT89C5X單dan片pian機ji有you一yi個ge內nei置zhi的de串chuan行xing通tong信xin接jie口kou。在zai作zuo為wei智zhi能neng調tiao節jie儀yi表biao的de顯xian示shi器qi使shi用yong時shi
，考kao慮lv到dao智zhi能neng調tiao節jie儀yi表biao與yu上shang位wei機ji通tong信xin要yao占zhan用yong儀yi表biao的de串chuan行xing通tong信xin接jie口kou，因yin此ci，顯xian示shi麵mian板ban與yu調tiao節jie儀yi表biao的de通tong信xin就jiu不bu能neng使shi用yong此ci接jie口kou。為wei此ci，本ben顯xian示shi麵mian板ban自zi定ding義yi了le與yu調tiao節jie儀yi表biao的de通tong信xin接jie口kou電dian路lu，即ji將jiang單dan片pian機ji的deP3.2
、P3.3、P3.4、P3.5作為與調節儀表的數字通信接口。通信時，可將兩個單片機的P3.2、P3.3交叉相連作為握手信號
，P3.4、P3.5互聯作為數據傳輸線。P3.2
、P3.3具有外部中斷功能，故可設計采用外部中斷方式來進行通信，以提高數據的傳輸速度。

若作為獨立顯示器使用時，可使用顯示麵板內部的串行通信接口。該方式隻需要對連接串口引腳的發光二極管進行調整即可。

2．4 按鍵
通常根據按鍵數量的多少
，可將按鍵的設計分為矩陣式鍵盤和獨立式鍵盤。

矩陣式鍵盤常用在按鍵數量較多的係統中，這種鍵盤由行線和列線組成，按鍵設置在行、列結構的交叉點上。行列線分別連在按鍵開關的兩端。
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獨立式鍵盤通常用在按鍵較少的係統中，每個按鍵單獨占有一根I／O口線，各鍵的工作狀態相互獨立，互不影響。由於本文的顯示麵板的調節按鍵隻有4個，因此，設計使用獨立式按鍵接法。其鍵盤接口電路如圖2所示。

圖2中，單片機P0口的P0．4、P0．5
、P0．6、P0．7分別與按鍵1、2、3、4相(xiang)連(lian)，以(yi)對(dui)按(an)鍵(jian)操(cao)作(zuo)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)。在(zai)按(an)鍵(jian)處(chu)理(li)時(shi)
，通(tong)常(chang)要(yao)考(kao)慮(lv)按(an)鍵(jian)去(qu)抖(dou)問(wen)題(ti)，經(jing)常(chang)使(shi)用(yong)的(de)硬(ying)件(jian)去(qu)抖(dou)方(fang)法(fa)有(you)濾(lv)波(bo)消(xiao)抖(dou)電(dian)路(lu)和(he)雙(shuang)穩(wen)態(tai)消(xiao)抖(dou)電(dian)路(lu)
，也(ye)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)軟(ruan)件(jian)去(qu)抖(dou)。本(ben)文(wen)在(zai)設(she)計(ji)時(shi)，考(kao)慮(lv)到(dao)LED顯示麵板大小的限製
，故采用軟件去抖方法。

3 軟件設計

本LED顯示麵板的功能可用C51語言實現。軟件功能包括正常運行和儀表參數設定。

3．1 主程序
本設計的主程序主要完成顯示麵板功能的確定、係統初始化
、定時器初始化、按鍵功能的實現以及二極管的功能實現等。

(1)顯示麵板功能的確定
這裏采用組合鍵操作來進行顯示麵板的功能切換。

初始狀態下
，若作為調節儀表的顯示器使用，則其正常工作狀態
，為狀態1。

在狀態1情況下，按下按鍵4不釋放，再將按鍵1按下，此時仍可作為調節儀表的顯示器使用

，但係統會進入參數設定狀態，此為狀態2。為了提醒進入狀態2，紅色發光二極管會閃爍三次以提示參數設定完畢
，連按兩次按鍵4，即可返回狀態1。

在狀態1下，按下按鍵4不釋放，再將按鍵2按下，此時將為獨立的顯示單元使用狀態
，該狀態為狀態3。同樣，為了提醒是進入狀態3，綠色發光二極管會閃爍三次予以提示。若需狀態3返回狀態1，隻要在正常巡檢情況下，將按鍵2按下即可。

(2)係統初始化
係統初始化主要包括按鍵、LED數碼管以及發光二極管的初始狀態設定。本麵板右邊四個按鍵對應P0口初始狀態值為0xf0；LED數碼管對應的P1、P2口的初始狀態值可先設置為0x00
、0x00，經過一段時間延遲後再設置為0xff，0xff，這樣，在程序開始執行時就可以檢查數碼管是否能正常工作；發光二極管對應的P3口的P3.0、P3.1、P3.6
、P3.7的初始狀態設置與LED數碼管相同。

(3)定時器初始化
定時器的初始化包括定時器工作方式的設定和定時初值的設置。

本文的LED數碼管采用動態(掃描)驅動顯示方法，設計時要注意掃描時間的設置。該時間要既能保證LED數碼管的亮度，又不會使人眼感覺到閃爍。

定時器的工作模式為方式1。此模式下的計數脈衝頻率為fcont=fosc／12，計數初值x可以通過公式設定：
X=M-計數值=M-t／T=M-fosct／12
其中，fosc為振蕩器的振蕩頻率
，t為要定時的時間。M為定時器的最大定時時間。
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根據視覺暫留特性。人眼睛對動態頻次的分辨率一般為1／16～1／24s

，因此，可以將LED數碼管輪流顯示的時間設定為小於這個分辨率的任何一個時間。本文在設計時，經過多次試驗發現，將定時器的初值設定為EC00H(2．78ms)比較合適，此時

，在狀態1、3下，對於LED數碼管的閃爍

，人眼幾乎不可識別。

(4)按鍵功能的實現
在狀態1及狀態3下，按鍵的功能比較容易理解，這裏來對狀態2下的按鍵功能進行說明，圖3所示依次為1
、2、3

、4鍵。其中按鍵1可進入設定狀態，上麵一行顯示參數的值
，下麵一行顯示當前是第幾個參數；按鍵2用於對當前閃爍數據位進行加1操作，可依次從0增加到9
，當增加到10時，又自動變為0；按鍵3用於改變設定的位，每按下一次
，閃爍數據位向後移動一位，當移動到第四位再按下此鍵時，閃爍位變為第一位

；按鍵4用於確認參數的設定和保存。

(5)發光二極管功能的實現
當測量值到達測量上下限、或者按鍵進行操作時

，將相應單片機引腳置1
，即可使發光二極管點亮，從而實現報警提示功能。

圖4所示是本係統的主程序流程圖。

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3．2 中斷程序
在狀態1及狀態3下，中斷程序功能是在定時時間到時，將段碼值賦給相應的數碼管，並將時間初值裝入相應的寄存器。

在狀態2下

，參數設定時，設定位要實現閃爍
，以確定正在被設置的數據位。實現閃爍的基本思想是每隔500 ms
，當前閃爍數據位的段碼值就由數據狀態變為空碼狀態，下一個500 ms再由空碼狀態變為數據狀態

，並不斷循環執行此操作(共陽極顯示方式下空碼值為0XFF)。這樣，從用戶角度看，當前被設定的數據位就是閃爍的。這裏可通過設定一個計數器來確定轉換時間，當計數值達到500／2．78(約為180)時，當前閃爍數據位就進行段碼值轉換。本係統的中斷程序流程圖如圖5所示。

4 結束語

本文是配合智能調節儀表設計的一種智能LED顯(xian)示(shi)麵(mian)板(ban)。為(wei)了(le)擴(kuo)大(da)其(qi)應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)，在(zai)該(gai)麵(mian)板(ban)硬(ying)件(jian)電(dian)路(lu)不(bu)變(bian)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)調(tiao)整(zheng)可(ke)使(shi)其(qi)成(cheng)為(wei)巡(xun)檢(jian)報(bao)警(jing)器(qi)。目(mu)前(qian)
，該(gai)顯(xian)示(shi)麵(mian)板(ban)在(zai)功(gong)能(neng)性(xing)和(he)靈(ling)活(huo)性(xing)方(fang)麵(mian)都(dou)有(you)了(le)很(hen)大(da)提(ti)高(gao)。