单片机系统中LED显示驱动电路的研究
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:537
史水娥，杨豪强
摘要：本文对比了单片机系统中led显示驱动电路的几种实现方案，着重介绍了led显示驱动芯片max7219 的工作原理和使用方法，最后给出了一个用max7219驱动8位led显示系统的应用实例。
关键词：led 显示驱动；max7219；单片机
近年来，单片机系统以其体积小、功能强、扩展灵活、使用方便等优点，逐渐渗透到各行业的工程实际应用中。而led显示电路就像单片机系统的眼睛，实时地向人们传递着系统工作的各种状态信息和处理结果。因此，高效、方便的led显示驱动电路是构成完善的单片机系统必不可少的元素。常用的led显示驱动电路有并行译码方式、串行—并行转换方式、显示驱动接口芯片方式等。下面分别对这几种方式进行讨论，并给出显示驱动芯片max7219的应用实例。
并行译码显示方式
图1为单片机89c2051输出显示的一个例子，4位bcd码数据从其p1.0～p1.3并行输出，经7段led显示驱动电路cd4511译码后驱动led显示，这样只需向p1.0～p1.3 写入欲显示数字的bcd码，即可显示出相应的数字。这种方式虽然简单，但占用单片机口线较多，资源利用率低，因此不常采用。
图1 并行译码显示方式
串行- 并行转换方式
图2所示为89c2051的串口驱动数码管的电路，其中串口工作在方式0，74ls164是8位串入并出移位寄存器，负责将rxd输出的串行数据转换成并行信号。显然，这种方式显示同样的位数使用单片机的口线大大减少，并且可以让led显示bcd码以外的字符(如a、b、c、d 等)，但是，当要显示的位数较多时，仍需占用较多的口线，并且在许多情况下需要串口工作在uart方式，以便进行串行通信，从而限制了这种方式的使用范围。
图2 并行译码显示方式
led显示驱动芯片
随着单片机技术的发展，许多公司都推出了专用led显示驱动芯片，如microchip公司的a y0438、maxim公司的max7219等都是其中的典型代表。下面以max7219为例说明led显示驱动芯片在单片机系统中的应用。
max7219简介
max7219是maxim公司推出的8位led串行显示驱动器，它采用3线串口传送数据，占用资源少且硬件简单，只需一个外部电阻即可方便地调节led的亮度；可灵活地选择显示器的个数( 1～8个, 级联可成倍增加)；可进行译码或不译码显示；内含硬件动态扫描控制，可设置低功耗停机方式。
引脚功能和工作原理
max7219采用24脚双列直插式封装，其引脚如图3所示。sega～segg和dp分别为led七段驱动器线和小数点线，供给显示器源电流；dig0～dig7为8位数字驱动线，输出位选信号，从每位led共阴极吸入电流。
图3max7219 引脚功能
din是串行数据输入端。在clk 的上升沿，一位数据被加载到内部16位移位寄存器中，clk最高频率可达10mhz，在输入时钟的每个上升沿均有一位数据由din端移入到内部寄存器中；load用来装载数据，在load的上升沿，16位串行数据被锁存到数据或控制寄存器中，load必须在第16个时钟上升沿的同时或之后、在下一个时钟上升沿之前变高, 否则数据将被丢失。每组数据为16 位二进制数据包，其格式如表1所示。
其中d15～d12位不用，d11～d8位为内部5个控制寄存器和8个led显示数据寄存器的地址，d7～d0位为5个控制寄存器和8个led数码管待显示的数据，因为控制寄存器与显示数据寄存器独立编址，所以可以通过程序对每个寄存器进行操作。一般情况下，程序先送控制命令，后向显示寄存器送数据，每16 位为一组，从高位地址字节最高位开始送，直到低位数据字节最后一位。max7219内部有14个可寻址的控制字寄存器，各寄存器的功能及地址如表2所示。
其中，地址×0h 为空操作寄存器，允许数据从输入到输出直接通过，可用于设备串接。地址×1h～×8h为显示ram区，分别对应dig0～dig7引脚的8 位led显示数据。地址×9h为译码模式寄存器，其8 位二进制数分别控制着8个led显示器的译码模式，逻辑高电平时选择硬件译码(bcd - b码译码)， 译码器选择数据寄存器中的低4位(d3～d0)进行bcd- b码译码， ×0h～×9h对应bcd码字符0～9，而×ah～×fh分别对应b码字符-、e、h、l、p及消隐，d4～d6无效，d7单独控制小数点；译码模式寄存器为逻辑低电平时选择软件译码，数据d6～d0分别对应led显示器的a～g段
关键词：led 显示驱动；max7219；单片机
近年来，单片机系统以其体积小、功能强、扩展灵活、使用方便等优点，逐渐渗透到各行业的工程实际应用中。而led显示电路就像单片机系统的眼睛，实时地向人们传递着系统工作的各种状态信息和处理结果。因此，高效、方便的led显示驱动电路是构成完善的单片机系统必不可少的元素。常用的led显示驱动电路有并行译码方式、串行—并行转换方式、显示驱动接口芯片方式等。下面分别对这几种方式进行讨论，并给出显示驱动芯片max7219的应用实例。
并行译码显示方式
图1为单片机89c2051输出显示的一个例子，4位bcd码数据从其p1.0～p1.3并行输出，经7段led显示驱动电路cd4511译码后驱动led显示，这样只需向p1.0～p1.3 写入欲显示数字的bcd码，即可显示出相应的数字。这种方式虽然简单，但占用单片机口线较多，资源利用率低，因此不常采用。
图1 并行译码显示方式
串行- 并行转换方式
图2所示为89c2051的串口驱动数码管的电路，其中串口工作在方式0，74ls164是8位串入并出移位寄存器，负责将rxd输出的串行数据转换成并行信号。显然，这种方式显示同样的位数使用单片机的口线大大减少，并且可以让led显示bcd码以外的字符(如a、b、c、d 等)，但是，当要显示的位数较多时，仍需占用较多的口线，并且在许多情况下需要串口工作在uart方式，以便进行串行通信，从而限制了这种方式的使用范围。
图2 并行译码显示方式
led显示驱动芯片
随着单片机技术的发展，许多公司都推出了专用led显示驱动芯片，如microchip公司的a y0438、maxim公司的max7219等都是其中的典型代表。下面以max7219为例说明led显示驱动芯片在单片机系统中的应用。
max7219简介
max7219是maxim公司推出的8位led串行显示驱动器，它采用3线串口传送数据，占用资源少且硬件简单，只需一个外部电阻即可方便地调节led的亮度；可灵活地选择显示器的个数( 1～8个, 级联可成倍增加)；可进行译码或不译码显示；内含硬件动态扫描控制，可设置低功耗停机方式。
引脚功能和工作原理
max7219采用24脚双列直插式封装，其引脚如图3所示。sega～segg和dp分别为led七段驱动器线和小数点线，供给显示器源电流；dig0～dig7为8位数字驱动线，输出位选信号，从每位led共阴极吸入电流。
图3max7219 引脚功能
din是串行数据输入端。在clk 的上升沿，一位数据被加载到内部16位移位寄存器中，clk最高频率可达10mhz，在输入时钟的每个上升沿均有一位数据由din端移入到内部寄存器中；load用来装载数据，在load的上升沿，16位串行数据被锁存到数据或控制寄存器中，load必须在第16个时钟上升沿的同时或之后、在下一个时钟上升沿之前变高, 否则数据将被丢失。每组数据为16 位二进制数据包，其格式如表1所示。
其中d15～d12位不用，d11～d8位为内部5个控制寄存器和8个led显示数据寄存器的地址，d7～d0位为5个控制寄存器和8个led数码管待显示的数据，因为控制寄存器与显示数据寄存器独立编址，所以可以通过程序对每个寄存器进行操作。一般情况下，程序先送控制命令，后向显示寄存器送数据，每16 位为一组，从高位地址字节最高位开始送，直到低位数据字节最后一位。max7219内部有14个可寻址的控制字寄存器，各寄存器的功能及地址如表2所示。
其中，地址×0h 为空操作寄存器，允许数据从输入到输出直接通过，可用于设备串接。地址×1h～×8h为显示ram区，分别对应dig0～dig7引脚的8 位led显示数据。地址×9h为译码模式寄存器，其8 位二进制数分别控制着8个led显示器的译码模式，逻辑高电平时选择硬件译码(bcd - b码译码)， 译码器选择数据寄存器中的低4位(d3～d0)进行bcd- b码译码， ×0h～×9h对应bcd码字符0～9，而×ah～×fh分别对应b码字符-、e、h、l、p及消隐，d4～d6无效，d7单独控制小数点；译码模式寄存器为逻辑低电平时选择软件译码，数据d6～d0分别对应led显示器的a～g段
史水娥，杨豪强
摘要：本文对比了单片机系统中led显示驱动电路的几种实现方案，着重介绍了led显示驱动芯片max7219 的工作原理和使用方法，最后给出了一个用max7219驱动8位led显示系统的应用实例。
关键词：led 显示驱动；max7219；单片机
近年来，单片机系统以其体积小、功能强、扩展灵活、使用方便等优点，逐渐渗透到各行业的工程实际应用中。而led显示电路就像单片机系统的眼睛，实时地向人们传递着系统工作的各种状态信息和处理结果。因此，高效、方便的led显示驱动电路是构成完善的单片机系统必不可少的元素。常用的led显示驱动电路有并行译码方式、串行—并行转换方式、显示驱动接口芯片方式等。下面分别对这几种方式进行讨论，并给出显示驱动芯片max7219的应用实例。
并行译码显示方式
图1为单片机89c2051输出显示的一个例子，4位bcd码数据从其p1.0～p1.3并行输出，经7段led显示驱动电路cd4511译码后驱动led显示，这样只需向p1.0～p1.3 写入欲显示数字的bcd码，即可显示出相应的数字。这种方式虽然简单，但占用单片机口线较多，资源利用率低，因此不常采用。
图1 并行译码显示方式
串行- 并行转换方式
图2所示为89c2051的串口驱动数码管的电路，其中串口工作在方式0，74ls164是8位串入并出移位寄存器，负责将rxd输出的串行数据转换成并行信号。显然，这种方式显示同样的位数使用单片机的口线大大减少，并且可以让led显示bcd码以外的字符(如a、b、c、d 等)，但是，当要显示的位数较多时，仍需占用较多的口线，并且在许多情况下需要串口工作在uart方式，以便进行串行通信，从而限制了这种方式的使用范围。
图2 并行译码显示方式
led显示驱动芯片
随着单片机技术的发展，许多公司都推出了专用led显示驱动芯片，如microchip公司的a y0438、maxim公司的max7219等都是其中的典型代表。下面以max7219为例说明led显示驱动芯片在单片机系统中的应用。
max7219简介
max7219是maxim公司推出的8位led串行显示驱动器，它采用3线串口传送数据，占用资源少且硬件简单，只需一个外部电阻即可方便地调节led的亮度；可灵活地选择显示器的个数( 1～8个, 级联可成倍增加)；可进行译码或不译码显示；内含硬件动态扫描控制，可设置低功耗停机方式。
引脚功能和工作原理
max7219采用24脚双列直插式封装，其引脚如图3所示。sega～segg和dp分别为led七段驱动器线和小数点线，供给显示器源电流；dig0～dig7为8位数字驱动线，输出位选信号，从每位led共阴极吸入电流。
图3max7219 引脚功能
din是串行数据输入端。在clk 的上升沿，一位数据被加载到内部16位移位寄存器中，clk最高频率可达10mhz，在输入时钟的每个上升沿均有一位数据由din端移入到内部寄存器中；load用来装载数据，在load的上升沿，16位串行数据被锁存到数据或控制寄存器中，load必须在第16个时钟上升沿的同时或之后、在下一个时钟上升沿之前变高, 否则数据将被丢失。每组数据为16 位二进制数据包，其格式如表1所示。
其中d15～d12位不用，d11～d8位为内部5个控制寄存器和8个led显示数据寄存器的地址，d7～d0位为5个控制寄存器和8个led数码管待显示的数据，因为控制寄存器与显示数据寄存器独立编址，所以可以通过程序对每个寄存器进行操作。一般情况下，程序先送控制命令，后向显示寄存器送数据，每16 位为一组，从高位地址字节最高位开始送，直到低位数据字节最后一位。max7219内部有14个可寻址的控制字寄存器，各寄存器的功能及地址如表2所示。
其中，地址×0h 为空操作寄存器，允许数据从输入到输出直接通过，可用于设备串接。地址×1h～×8h为显示ram区，分别对应dig0～dig7引脚的8 位led显示数据。地址×9h为译码模式寄存器，其8 位二进制数分别控制着8个led显示器的译码模式，逻辑高电平时选择硬件译码(bcd - b码译码)， 译码器选择数据寄存器中的低4位(d3～d0)进行bcd- b码译码， ×0h～×9h对应bcd码字符0～9，而×ah～×fh分别对应b码字符-、e、h、l、p及消隐，d4～d6无效，d7单独控制小数点；译码模式寄存器为逻辑低电平时选择软件译码，数据d6～d0分别对应led显示器的a～g段
关键词：led 显示驱动；max7219；单片机
近年来，单片机系统以其体积小、功能强、扩展灵活、使用方便等优点，逐渐渗透到各行业的工程实际应用中。而led显示电路就像单片机系统的眼睛，实时地向人们传递着系统工作的各种状态信息和处理结果。因此，高效、方便的led显示驱动电路是构成完善的单片机系统必不可少的元素。常用的led显示驱动电路有并行译码方式、串行—并行转换方式、显示驱动接口芯片方式等。下面分别对这几种方式进行讨论，并给出显示驱动芯片max7219的应用实例。
并行译码显示方式
图1为单片机89c2051输出显示的一个例子，4位bcd码数据从其p1.0～p1.3并行输出，经7段led显示驱动电路cd4511译码后驱动led显示，这样只需向p1.0～p1.3 写入欲显示数字的bcd码，即可显示出相应的数字。这种方式虽然简单，但占用单片机口线较多，资源利用率低，因此不常采用。
图1 并行译码显示方式
串行- 并行转换方式
图2所示为89c2051的串口驱动数码管的电路，其中串口工作在方式0，74ls164是8位串入并出移位寄存器，负责将rxd输出的串行数据转换成并行信号。显然，这种方式显示同样的位数使用单片机的口线大大减少，并且可以让led显示bcd码以外的字符(如a、b、c、d 等)，但是，当要显示的位数较多时，仍需占用较多的口线，并且在许多情况下需要串口工作在uart方式，以便进行串行通信，从而限制了这种方式的使用范围。
图2 并行译码显示方式
led显示驱动芯片
随着单片机技术的发展，许多公司都推出了专用led显示驱动芯片，如microchip公司的a y0438、maxim公司的max7219等都是其中的典型代表。下面以max7219为例说明led显示驱动芯片在单片机系统中的应用。
max7219简介
max7219是maxim公司推出的8位led串行显示驱动器，它采用3线串口传送数据，占用资源少且硬件简单，只需一个外部电阻即可方便地调节led的亮度；可灵活地选择显示器的个数( 1～8个, 级联可成倍增加)；可进行译码或不译码显示；内含硬件动态扫描控制，可设置低功耗停机方式。
引脚功能和工作原理
max7219采用24脚双列直插式封装，其引脚如图3所示。sega～segg和dp分别为led七段驱动器线和小数点线，供给显示器源电流；dig0～dig7为8位数字驱动线，输出位选信号，从每位led共阴极吸入电流。
图3max7219 引脚功能
din是串行数据输入端。在clk 的上升沿，一位数据被加载到内部16位移位寄存器中，clk最高频率可达10mhz，在输入时钟的每个上升沿均有一位数据由din端移入到内部寄存器中；load用来装载数据，在load的上升沿，16位串行数据被锁存到数据或控制寄存器中，load必须在第16个时钟上升沿的同时或之后、在下一个时钟上升沿之前变高, 否则数据将被丢失。每组数据为16 位二进制数据包，其格式如表1所示。
其中d15～d12位不用，d11～d8位为内部5个控制寄存器和8个led显示数据寄存器的地址，d7～d0位为5个控制寄存器和8个led数码管待显示的数据，因为控制寄存器与显示数据寄存器独立编址，所以可以通过程序对每个寄存器进行操作。一般情况下，程序先送控制命令，后向显示寄存器送数据，每16 位为一组，从高位地址字节最高位开始送，直到低位数据字节最后一位。max7219内部有14个可寻址的控制字寄存器，各寄存器的功能及地址如表2所示。
其中，地址×0h 为空操作寄存器，允许数据从输入到输出直接通过，可用于设备串接。地址×1h～×8h为显示ram区，分别对应dig0～dig7引脚的8 位led显示数据。地址×9h为译码模式寄存器，其8 位二进制数分别控制着8个led显示器的译码模式，逻辑高电平时选择硬件译码(bcd - b码译码)， 译码器选择数据寄存器中的低4位(d3～d0)进行bcd- b码译码， ×0h～×9h对应bcd码字符0～9，而×ah～×fh分别对应b码字符-、e、h、l、p及消隐，d4～d6无效，d7单独控制小数点；译码模式寄存器为逻辑低电平时选择软件译码，数据d6～d0分别对应led显示器的a～g段
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