一種實用的智能儀表鍵盤顯示電路設計

江蘇聯合職業技術學院南京分院 楊 陽

1.引言

對于智能儀表人機交互化實現媒介，我們通常使用LCD液晶或者LED數碼管來作為顯示器件。顯然，對于輸出信息量不多且低成本儀表而言，后者是眾多此類儀表的首選。LED數碼管的顯示方式通?？煞譃椋红o態方式和動態方式。為降低儀表功耗、簡化電路，多數智能儀表采用動態顯示方式。我們知道，如果為節約I/O口資源便于更多的鍵盤輸入等用途，工作于動態顯示方式的顯示電路需要輔以諸如74HC164串入并出等芯片；或者采用專用的動態顯示接口集成芯片如ZLG8279等。這樣雖然節約了I/O口資源，但同時也增加了設計成本和電路體積。為避免額外芯片的使用，本文提出了一種基于并行模式下的動態顯示和鍵盤輸入相結合的電路。

2.硬件電路及工作原理

系統以STC89S51單片機為例，構成的八位LED動態顯示及輸入電路。圖1所示為動態顯示及輸入電路的硬件組成部分。電路中我們僅用到了8個PNP型三極管(9012)以及電阻等，未用到任何的集成電路。由于使用并行的動態顯示模式，系統響應快；同時電路設計成本較低，便于批量應用。

電路中數碼管為共陽極：段碼端(a—h)經限流電阻RP2(阻值選取視數碼管工作電流定)與單片機P0口相連；位碼端(1—8)分別與對應PNP三極管集電極(C)相接，而三極管基極經分壓電阻RP1與單片機P2口相連，同時八個三極管發射極(E)共連接電源VCC(+5V)。位碼端同時分別與八個按鍵以及發光二極管連接(如圖1示)，電阻R1一端接單片機P1.3引腳，限流電阻R2一端與發光二極管串聯，一端接至單片機P1.2引腳。

我們設定電路工作動態掃描從右至左。我們以使第一位數碼管能夠顯示所要顯示的數為例，我們需要使得此數碼管位選端1為高電平就是使與之相連的三極管Q0導通(當基極b為低電平時Q0導通),所以P2口送位碼為EFH選中第一位數碼管，然后P0口送出此位所要顯示數的段碼，實現顯示。為能夠實現按鍵輸入(按鍵閉合一段時間即為有效輸入)，即我們需要對各按鍵的閉合與否檢測。那么我們在單片機送出數碼管位碼同時(此時P2.0=0，P2.1—P2.7=0則只有三極管Q0的集電極C為高電平，其余三極管集電極為高阻態)檢測單片機P1.3口(讀之前先對P1.3寫1)的狀態：若此時P1.3=1說明與被選中數碼管位相連的按鍵K0被按下了，若P1.3=0則此鍵K0未被按下。由于電路采用的是動態掃描以及三極管的三態效應(數碼管中未被選中的位對應的三極管處于截止狀態，集電極是高阻態)，即便此時其他按鍵被按下P1.3也不會為1。至于發光二極管，要使得二極管L0能夠點亮，則當單片機在送出位碼時，使得P1.2=0此時與位碼位P2.0相對應的發光二極管L0即被點亮；如果使P1.2=1則L0被熄滅。如要顯示下一位則改變位碼，依次選中要顯示的位，如此循環，完成八位字符的顯示，數碼管可以達到近似靜態顯示的效果。

3.程序實現

以STC89S51單片機構成的8位數碼管動態顯示及按鍵輸入子程序如圖2所示。

設位碼端P2.0—P2.1對應的各位數碼管待顯示的數據放在顯示緩沖區LEDP20--LEDP27中，對應地址為40H—47H；位碼寄存器地址為DISPBIT。動態掃描采用定時器每隔一定的時間對顯示數據刷新一次。則定時器中斷子程序如下：

圖1 LED動態顯示及鍵盤輸入等電路

圖2 子程序流程圖

在程序清單中只列舉了掃描P2.0位和P2.1位程序代碼，其余數碼管位掃描代碼只需同上作少量改動即可，這里就不一一贅述了。由于使用的動態顯示方式，我們在編程時需要根據實際硬件和要求確定合適的掃描周期，這里我們采用定時器定時每隔2ms掃描一位。對于實際顯示中可能出現的顯示拖尾等現象，我們也在程序中作了一定的處理。

4.結語

本設計顯示及按鍵輸入電路，是在最基本的數碼管動態顯示電路的基礎上，利用了三極管的特性對電路加以改進。這樣充分利用了數碼管動態顯示電路中位選端在單片機上所占用的端口，既保留了并行動態顯示響應快的優點，又沒有增加使用過多的單片機I/O資源，同時電路設計成本較低，電路在硬件結構上簡單易搭，具有一定的實用價值。

[1]李廣第,朱月秀,冷祖祁編著.單片機基礎[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007.

[2]康華光主編.電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社,2006.