驅動條形圖顯示器的微控制器I/O端口單條線路技術

帶有數字顯示器的儀器設計也許會受益于一個提供顯示參數的模擬版的副顯示器。條形圖顯示器提供了一種很容易解釋的圖形指示器，該指示器允許與它的滿刻度值相比較，但基于微控制器的常規設計要使用至少一個8線I/O端口來驅動8段條形圖LED顯示器。

作為替代方案，一些微控制器包含PWM（脈寬調制）輸出。如果使用PWM輸出來驅動National Semiconductor公司的LM3914條形圖顯示器驅動電路或等效器件，就能把需要的I/O線路數量減少至最低程度。在操作中，微控制器的程序調節PWM輸出的脈寬，使得輸送給LM3914電路的平均電壓能照明顯示器中必要數量的條形。

圖1中的設計消除了這些方法的缺點，并且只使用一條端口線路來驅動一個8段條形圖。該設計不使用PWM輸出，因此能應用到任何微控制器。請參考圖2中的時序示意圖，無論條形圖顯示器何時需要更新，微控制器的軟件都通過它的輸出端口提供一個脈沖序列。第一個脈沖的寬度為T1，它比脈沖寬度T2更寬，后者是通過觸發單穩態IC1（74123 或等效器件）產生的。把兩個脈沖施加到IC3（7400或等效NAND門），它和IC1 一起組成一個長脈沖檢測器。利用IC1的數據表中的公式來為C1和R1 選值，它們為 T2 的輸出脈沖產生約為1.5ms的值。T1和T3 的典型寬度分別是3ms和1ms。

C3的輸出脈沖變低，持續時間為T1-T2，并且該脈沖清空IC2（一個8Bit串入并出移位寄存器），這迫使 IC2 的所有輸出變低，并點亮條形圖陣列（LED1 ~ LED8）的所有段。

為了點亮條形圖陣列的N段，微控制器立即通過輸出端口線路發送一個由(8-N)個寬度為T3的脈沖組成的串行序列。由于這些脈沖的寬度小于 T2，NAND門IC3的輸出始終保持高電平，因此不清空移位寄存器。微控制器的每個輸出脈沖的上升沿都把一個高電平加載到IC2的某個輸出端。

請注意：移位寄存器IC2的QA輸出連接到條形圖最重要的段。因此，第一個脈沖關斷最重要的段。從最重要的段開始，對于(8-N)個脈沖，8-N個段關斷，而由最不重要的段開始的N個段則保持點亮。運用這個反向邏輯，就可利用移位寄存器的輸出端的能力來使吸收的電流大于它們能供應的電流——分別是8mA和0.4mA，因此在不添加輸出緩沖器的前提下產生了更亮的條形圖顯示。圖2顯示了一張樣本時序示意圖，它點亮了8個顯示段中的5個。

如果還有第二條輸出端口線路，則可不使用單穩態多諧振蕩器IC1和NAND門IC3，而是使用第二個端口，通過在條形圖需要更新時輸出零來清空移位寄存器。為了獲得更好的分辨率，可以串聯額外的移位寄存器來向條形圖添加一些段。為了點亮M段長顯示器的 N 個段，第一個輸出端口向移位寄存器的時鐘輸入發送 M-N 個脈沖。

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