6.2 MCS-51 单片机与显示器的接口技术

显示器用于实现单片机应用系统中的数据输出和状态的反馈。单片机系统中常用的显示器有发光二极管、七段数码显示器、液晶显示器等。

6.2.1 LED 显示器及其接口 发光二极管简称 LED （ Light Emitting Diode ）。 LED 显示

器从外观可分为 “ 8” 字形的七段数码管、米字形数码管、点阵块、矩形平面显示器、数字笔划显示器等。

1 ．七段 LED 数码显示器

七段 LED 数码管显示器能够显示十进制或十六进制数字及某些简单字符。但控制简单，使用方便，在单片机系统中应用较多。其结构如下页图所示。

上图中的 a ～ g 七个笔划（段）及小数点 dp 均为发光二极管。数码管显示器根据公共端的连接方式，可以分为共阴极数码管（将所有发光二极管的阴极连在一起）和共阳极数码管（将所有发光二极管的阳极连在一起）。

单片机系统扩展 LED 数码管时多用共阳 LED 。共阳数码管每个段笔画是用低电平 (“0”) 点亮的 , 要求驱动功率很小；而共阴数码管段笔画是用高电平 (“0”) 点亮的，要求驱动功率较大。通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。

2 ． LED 点阵模块显示器 LED 点阵模块显示器是指由发光二极管排成一个 m×n的点阵，每个发光二极管构成点阵中的一个点。这种显示器显示的字形逼真，能显示的字符比较多，但控制比较复杂。适用于显示汉字、图形和表格，广泛应用于公共场合的信息发布。

七段 LED 字形码如下表所示。

3. LED 的驱动接口

LED 工作时需要一定的工作电流，才能正常发光。单个 LED实际上是一个压降为 1.2 ～ 1.5V 的发光二极管，流过 LED 的电流大小决定了它的发光强度， R 为限流电阻。适当减小限流电阻可以增加 LED 的工作电流，使 LED 的显示效果更好。但工作电流过大，会对驱动器件、 LED 造成损害。通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。下图为单个 LED 的驱动接口电路。

4 ． LED 数码管的显示与驱动

LED 数码管显示器的工作方式：静态和动态两种显示方式。

（ 1）静态显示方式 静态显示方式的各数码管在显示过程中持续得到送显

信号，与各数码管接口的 I/O 口线是专用的。其特点是显示稳定，无闪烁，用元器件多，占 I/O 线多，无须扫描。系统运行过程中，在需要更新显示内容时， CPU才去执行显示更新子程序，节省 CPU 时间，提高 CPU的工作效率，编程简单。

[ 例题 ] 利用在 8051 串行口扩展多片串行输入并行输出的移位寄存器 74LS164 作为静态显示器接口的方法，设计 3 位静态显示器接口，并写出显示更新子程序，实现将 7FH ～ 7DH 3 个单元的数值分别显示在 3 位 LED2 ～ LED0 上。

解：接口电路如图下图所示。 3 个共阳极数码管的公共端均接Vcc ，段码通过串行口，采用串—并转换原理，分别送出 3个数码管的段码（先送出的段码字节在 LED2 数码管上显示），图中的电阻值取 100~500 。

程序如下： ORG 1000H DISPSER: MOV R5, #03H ; 显示 3 个字符

MOV R1, #7FH ; 7FH ～ 7DH 存放要显示的数据 DL0: MOV A, @R1 ; 取出要显示的数据

MOV DPTR, #STAB ; 指向段数据表MOVC A, @A+DPTR ; 查表取字形数据MOV SBUF, A ; 送出数据，进行显示JNB T1, $ ; 输出完否？CLR T1 ; 输出完，清中断标志DEC R1 ; 再取下一个数据DJNZ R5, DL0 ; 循环 3次RET ; 返回

STAB: DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H; 段数据表（共阳极）DB · …………END

（ 2 ）动态显示方式

动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器，与各数码管接口的 I/O 口线是共用的。其特点是有闪烁，用元器件少，占 I/O 线少，必须扫描，花费 CPU 时间，编程复杂。

[ 例题 ] 设计 89S51 通过 74LS273 扩展 6 位七段共阳极 LED 显示器。

解：接口电路如下页图所示。在程序中通过 P0 口将相应的字形码写入 74LS273 ， P2.0~P2.5 作为段码输出口， P0 口的端口地址为 00FFH 。进行扫描时， P2 的低 6 位依次置 1 ，依次选中了从左至右的显示器。使用 74LS04 作为段码输出驱动（反相驱动），所以共阴极数码管在段数据表中的字形码应与共阳极数码管的字形码相同。显示器就可以显示出 6 位字符。

说明 :1 、单片机 WR 引脚要与 273 的 CLK 连接

2 、 273 的 CLR 引脚要与 VCC 连接

3 、 DPTR 值不一定是 7FFFh, 用 FFH 可消除闪烁

6.2.2 LCD 显示器及其接口 液晶显示器简称 LCD （ Liquid Crystal Diodes ）是利用液晶经

过处理后能够改变光线传输方向的特性，达到显示字符或者图形的目的。其特点是体积小、重量轻、功耗极低、显示内容丰富等特点，在单片机应用系统中有着日益广泛的应用。

1 ． LCD 的分类及特点 分类：笔段式和点阵式（可分为字符型和图像型）。

笔段式 LCD 显示器：类似于 LED 数码管显示器。每个显示器的段电极包括 a, b, c, d, e, f, g 七个笔划（段）和一个背电极 BP （或 COM ）。可以显示数字和简单的字符。 点阵式 LCD 显示器：段电极与背电极呈正交带状分布，液晶位于正交的带状电极间。点阵式 LCD 的控制一般采用行扫描方式，如图右所示为显示字符“ A” 的情况。

2 ．笔段式 LCD 液晶显示器的驱动

在 LCD 的公共极（一路为背电极）加上恒定的交变方波信号，通过控制段极的电压变化，在 LCD 两极间产生所需的零电压或二倍幅值的交变电压，以达到 LCD 亮、灭的控制。在笔段式 LCD 的段电极与背电极间施加周期地改变极性的电压（通常为 4 V 或 5 V ），可使该段呈黑色。

3 ． LCD 显示模块 LCM （ Liquid Crystal Display Module ） 在实际应用中，用户很少直接设计 LCD 显示器驱

动接口，一般是直接使用专用的 LCD 显示驱动器和 LCD 显示模块 LCM 。

LCM 是把 LCD 显示屏、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件构造成一个整体，作为一个独立部件使用。其特点是功能较强、易于控制、接口简单，在单片机系统中应用较多。其内部结构如下页图所示。 LCM 一般带有内部显示 RAM 和字符发生器，只要输入 ASCII 码就可以进行显示。

LCD显示器接口原理

• 1． LCD 的基本结构及工作原理

图 液晶显示器基本结构

液晶字符显示屏

液晶图形点阵显示屏

LCD 显示模块 LCM按显示功能可分为： LCD 段式显示模块、LCD 字符型显示模块、 LCD 图形显示模块三类。

HD44780 字符显示模块是较常用的 LCD 显示模块，共有 1

4 个引脚，其中， 8 个数据引脚， 3 个控制引脚， 3 个电源引脚。每个 HD44780 可控制的字符可达每行 80 个，具有驱动 16×40 点阵的能力。具有其自身的 11条指令构成的指令系统，用户对模块写入适当的控制命令，即可完成清屏、显示、地址设置等操作。

各引脚功能定义如下表所示。

[ 例题 ] 设计 8051 单片机驱动 HD44780 显示模块的接口电路。

解： 8051 单片机与 HD44780 显示模块的线路连接如下图所示，8051 的 P1 口与 HD44780 的数据线相连， HD44780 的 端信号由 8051 的 P3.5 提供， HD44780 的通信允许信号 E 由 8051 的 P3.3 提供， HD44780 的寄存器选择信号 RS 由 8051 的 P3.4 提供。

W/R

HD44780 初始化的方法主要有以下两种：

（ 1 ）利用模块内部的复位电路进行初始化，完成清除显示、功能设置、开 /关显示、设置光标状态及闪烁功能、方式设置。

（ 2 ）利用软件编程实现初始化。

1602 液晶显示模块接线图（ 16 字符×2行）