摘 要： 本文介紹了串行移位輸入、八位并行帶鎖存輸出芯片74HC 595的基本功能，利用89C51 單片機(jī)控制該芯片驅(qū)動(dòng)八段碼(LED)組成大屏幕顯示屏，實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織廠(chǎng)紡紗機(jī)的產(chǎn)量、車(chē)速、效率等參數(shù)的顯示。

大屏幕顯示以其顯示清晰、更新方便等特點(diǎn)，在信息提示中廣泛應(yīng)用，如車(chē)站/機(jī)場(chǎng)、證券交易系統(tǒng)及生產(chǎn)車(chē)間的信息顯示等。大屏幕顯示方式分兩種：點(diǎn)陣式和八段碼方式，前者顯示信息靈活，功能強(qiáng)大，但控制較為復(fù)雜，硬件成本較高；后者則應(yīng)用八段碼方式顯示一些數(shù)值信息，方便簡(jiǎn)單，價(jià)格低，在數(shù)字顯示中被廣泛應(yīng)用。 目前，一般的數(shù)字式LED顯示屏普遍采用單片機(jī)的串行口或其它I/O口通過(guò)諸如串行輸入并行輸出芯片74LS164驅(qū)動(dòng)。但是，這樣有二點(diǎn)不足：一是單片機(jī)的串行口被顯示電路占用，便不能實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊，只能實(shí)現(xiàn)單屏的顯示；二是一般的串行輸入并行輸出芯片不帶輸出鎖存功能，且移位脈沖頻率低，輸出驅(qū)動(dòng)電流小，這使得顯示屏有時(shí)會(huì)出現(xiàn)字符閃爍，顯示不清，刷新速度較慢，所以有時(shí)需要另加大功率驅(qū)動(dòng)電路。
本文通過(guò) 89C51單片機(jī)I/O口控制74HC595(以下簡(jiǎn)稱(chēng)595 )芯片直接驅(qū)動(dòng)八段碼，不占用其串行口，可以很方便地構(gòu)成大屏幕顯示電路，并在紡織廠(chǎng)的信息顯示中得到了應(yīng)用。

單片機(jī)控制595組成的LED顯示屏

本文設(shè)計(jì)的數(shù)字式LED顯示屏是用在對(duì)鄭州國(guó)棉三廠(chǎng)紡紗車(chē)間的技術(shù)改造過(guò)程中，對(duì)該車(chē)間的240臺(tái)紡紗機(jī)的產(chǎn)量、效率、車(chē)速等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。根據(jù)該車(chē)間的240臺(tái)紡紗機(jī)的分布位置不同,我們?cè)O(shè)計(jì)了五塊顯示屏, 每塊顯示屏由4行*12列, 每個(gè)顯示模塊有5位LED數(shù)碼管組成, 可以分時(shí)顯示48臺(tái)紡紗機(jī)的產(chǎn)量、效率、車(chē)速等信息。 產(chǎn)量、效率、車(chē)速等參數(shù)由上位機(jī)進(jìn)行檢測(cè)后，經(jīng)RS-485總線(xiàn)，將數(shù)據(jù)傳送給下位機(jī)，下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、變換后，把相應(yīng)的參數(shù)顯示出來(lái)。
對(duì)每個(gè)顯示模塊中的數(shù)據(jù)輸入及每位LED數(shù)碼管的輸出驅(qū)動(dòng),我們采用具有串行移位輸入、8位并行帶鎖存輸出的595芯片。該芯片內(nèi)部由數(shù)據(jù)移位觸發(fā)器和三態(tài)輸出鎖存器組成，有16個(gè)引腳。SI：串行輸入數(shù)據(jù);SCK：移位時(shí)鐘脈沖(輸入); RCK：鎖存時(shí)鐘脈沖(輸入)； SCLK ：復(fù)位清零信號(hào)(輸入)；QA -QH：數(shù)據(jù)輸出；QH*：向下一片(位)的串行數(shù)據(jù)輸出。595輸出電流大(35mA),可以直接驅(qū)動(dòng)八段碼。其輸出鎖存功能，可以有效防止移位輸出時(shí)LED八段碼的閃爍，其移位及鎖存信號(hào)頻率高，最大值為55MHz。這兩個(gè)脈沖信號(hào)都采用上升沿觸發(fā)。
每塊顯示屏由一片89C51下位機(jī)控制，其硬件電路如圖1所示。

圖1 顯示屏硬件電路

圖中,每個(gè)顯示模塊由5個(gè)595分別驅(qū)動(dòng)5位八段碼，制成一塊PCB電路板,通過(guò)程序控制可以分時(shí)顯示48臺(tái)紡紗機(jī)的產(chǎn)量、效率、車(chē)速等信息。6264為接收參數(shù)及輸出顯示參數(shù)LED段碼的緩沖區(qū),3082為RS-485通訊接口芯片。
每塊顯示屏中，第一行顯示模塊中的第一個(gè)595的移位數(shù)據(jù)輸入引腳SI分別由89C51的P1.0 、P1.1 、P1.2 、P1.3經(jīng)244驅(qū)動(dòng)后控制,其數(shù)據(jù)輸出引腳QH*依次接至下一個(gè)595移位數(shù)據(jù)輸入引腳SI，該顯示模塊中的第五個(gè)(最后一個(gè))595的數(shù)據(jù)輸出引腳QH*接至該列下一行顯示模塊的第一個(gè)595數(shù)據(jù)輸入引腳SI。以此類(lèi)推，直至最后一行。而所有595芯片的移位脈沖 、鎖存脈沖由P3.4 、P3.5經(jīng)244驅(qū)動(dòng)后提供。例如，顯示產(chǎn)量時(shí)，把存儲(chǔ)在外部RAM中的產(chǎn)量信息，分四組，對(duì)應(yīng)于顯示屏上的4列，在移位脈沖(P3.5)的作用下，依次經(jīng)P1.0 、 P1.1 、P1.2 、P1.3并行輸出，當(dāng)所有的產(chǎn)量信息都移位輸出后，再發(fā)出鎖存脈沖P3.4 。這樣在該顯示屏相應(yīng)位置(顯示模塊)便顯示出48臺(tái)紡紗機(jī)的產(chǎn)量值，效率 、車(chē)速的顯示方法相同。

圖2 下位機(jī)顯示軟件主程序流程圖

顯示屏的軟件設(shè)計(jì)
每塊顯示屏的軟件包含兩部分：通訊接收、數(shù)據(jù)處理及輸出顯示。
通訊接收
通訊部分用來(lái)接收數(shù)據(jù)，在通訊中斷服務(wù)子程序中，首先接收上位機(jī)傳過(guò)來(lái)的每塊顯示屏的屏號(hào)(地址),若地址與該屏設(shè)定的地址不一樣, 則退出中斷; 若地址與該屏設(shè)定的地址相同, 則接收上位機(jī)傳過(guò)來(lái)的每臺(tái)車(chē)的參數(shù),同時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)，并存入外部數(shù)據(jù)緩沖區(qū)RAM中。即每塊顯示屏的下位機(jī)通過(guò)RS-485接收上位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)。共48臺(tái)車(chē)*8字節(jié)，其中，8個(gè)字節(jié)包含每臺(tái)車(chē)的車(chē)號(hào)(一個(gè)字節(jié))，產(chǎn)量、 效率 、車(chē)速(各二個(gè)字節(jié))及累加校驗(yàn)和(一個(gè)字節(jié))。所有48臺(tái)車(chē)的參數(shù)接收完畢后，設(shè)置一標(biāo)志位(如某臺(tái)車(chē)接收的數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤則生成另一標(biāo)志位。該臺(tái)車(chē)的數(shù)據(jù)不作處理),退出中斷，由主程序?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行變換處理。
數(shù)據(jù)處理及輸出顯示
數(shù)據(jù)處理及輸出顯示部分主要進(jìn)行處理 、變換，并使相應(yīng)的參數(shù)在顯示屏上相應(yīng)的位置顯示出來(lái)。89C51根據(jù)設(shè)置的接收完畢標(biāo)志位，對(duì)接收的參數(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理、變換后,把待顯示參數(shù)段碼存儲(chǔ)在6264中,該存儲(chǔ)區(qū)分為三部分, 每部分分別按車(chē)號(hào)順序存儲(chǔ)產(chǎn)量 、效率 、車(chē)速的參數(shù)段碼。 需要輸出顯示某種參數(shù)時(shí),在存儲(chǔ)該參數(shù)段碼區(qū)設(shè)置四個(gè)等長(zhǎng)度的地址指針,分別從四個(gè)地址指針?biāo)傅拇鎯?chǔ)單元中取數(shù)，經(jīng)P1口(P1.0、P1.1、P1.2、P1.3)并行輸出驅(qū)動(dòng)595并修改地址指針直到輸出48臺(tái)車(chē)的該參數(shù)段碼。最后,向595發(fā)出輸出鎖存脈沖, 48臺(tái)車(chē)的該參數(shù)值便可以在顯示屏相應(yīng)位置上顯示出來(lái)。 產(chǎn)量 、效率 、車(chē)速可以分時(shí)顯示，各參數(shù)分時(shí)輸出顯示的時(shí)間長(zhǎng)短由通訊接收數(shù)據(jù)的時(shí)間決定。其程序流程圖如圖2所示。

結(jié)語(yǔ)
利用89C51控制595實(shí)現(xiàn)的顯示屏，實(shí)用簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，價(jià)格低廉，顯示清晰。對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)合的顯示，只要在軟件/硬件上稍加改動(dòng),如增減顯示的行/列數(shù)及每個(gè)顯示模塊驅(qū)動(dòng)LED的位數(shù),便可以使用,因此具有很大的實(shí)用性和推廣價(jià)值。
在改用時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題:
(1) 對(duì)顯示屏行數(shù)的擴(kuò)展,若超過(guò)15行，因信號(hào)線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)必須對(duì)控制信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào)增加電流驅(qū)動(dòng),否則易造成信號(hào)干擾,使顯示數(shù)據(jù)混亂。
(2) 對(duì)顯示屏行數(shù)的擴(kuò)展,應(yīng)增加相應(yīng)I/O端口(數(shù)據(jù)輸出)的數(shù)量。
(3) 對(duì)于大電流的LED數(shù)碼管，應(yīng)在595的輸出端增加驅(qū)動(dòng)電路。