通用型智能LED顯示面板設計

0 引言
目前，控制儀表經常使用的顯示面板主要有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面板的設計方法。該面板根據80×160 ×160標準儀表機箱設計，采用AT98C5X單片機作為控制器。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顯示面板的功能
本文的LED通用智能型顯示面板如圖l所示。該面板中央為兩排LED數碼管，每排4位。上排為紅色，下排為綠色。面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。

該面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。右邊的按鍵用于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用于遙調閥門開度，每按一次，閥位反饋值(綠色LED最后一位)±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，本顯示面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。
右邊的按鍵可用于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用于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。系統又將進入正常巡檢狀態。

2 硬件部分設計
2．1 LED數碼管顯示電路
LED數碼管是由若干個發光二極管按一定的規律排列而成的，當某個發光二極管導通時，相應的段就會被點亮。根據內部發光二極管連接方式的不同，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：Ox0C0、OxF9、Ox0A4、Ox0BO、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，并維持不變，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，顯示面板面積較大。
(2)采用8根位選線的動態驅動顯示
這是將所有數碼管相同的段選線并聯，各數碼管位選線輪流選通，分時多路復用。這種方案在任一時刻只有一位數碼管被選中發光，然后利用人眼的視覺暫留特點實現同時顯示的效果。本顯示面板有8個數碼管，只需要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只占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。這種方案相對于方案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。顯示面板采用AT89C5X單片機作為LED控制驅動器。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、PO．1、P0．2、P0．3分別是兩個LED數碼管的位選線，主要用來控制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，以便控制四個發光二極管的工作。