LED条图显示器与单片机接口技术

1 引言

条因显示器又称光柱显示器。用条图显示器组成的条图显示方法是不同于指针式显示的另一种新型模拟显示方式，它不仅可显示被测量的大小，还可以直观地反映被测量的变化、变化趋势及量程范围等。条图显示器由电于器件组成，结合了指针式仪表和数字化仪表的一些特点，具有显示亮度均匀，可靠性高，防磁，抗振动，耐冲击，无阻尼，抗干扰能力强，对被测量的变化反映迅速真实，不存在读数误差等优点，已广泛用于各种显示调节仪表，工业控制设备中，作为过程量或控制量等参数的模拟指示。

LCD条图显示器功耗低，显示时一般需要背光配合，否则不适合在光线较弱的场合使用；同时，LCD一般为单色显示，不适应多色彩状态指示的场合。LED条图显示器的发光体是发光二极管，亮度大，电压低，基本适用于所有场合，但功耗较大。

2 LED条图显示器

条图显示器由一串发光或不发光的点(条)状显示器件排成长条(直线或圆弧状)组成，长条边有标度尺，发光点在标度尺上的位置反映被测量的大小。显示方式既可以用点方式，也可以用条方式.点显示方式下，只显示参考点(通常为0点)和被测量值点；条显示方式下，显示0点至被测量值点的所有点。

LED条图显示器是由若干LED管芯按规定长度等距排列而组成，具有红、绿、橙、黄等不同颜色，一般有128线，101线(或100线)，64线，51线等规格，线数为所含LED数，其中一个LED(对101线，51线等产品)一般用于电源指示，也可以作其他用途或不用；而另外的LED一般组成×8或×10结构，采用行列扫描方式以节省资源。如100线有10×10结构和8×13结构。一般有共阴型和共阳型可选。在使用中，除了购买成品外，也可根据需要自行设计条图显示器的LED颜色色、布局、形状等。

3 MAX7219简介

目前，一些过程仪表常采用LM3914点／住显示驱动器和附属电路组成LED条图显示器，将输入的模拟量直接转变为数字量，通过LED进行条固显示。此法简单易行，但须对输入的模拟信号进行零度和满度校正。在采用单片机组成的检测控制系统或仪表中就不合适了，使用范围受到一定限制。

MAX7219是美国MAXIM公司推出的多功能串行LED显示驱动器，采用3线串行接口传送数据，可直接与单片机接口。它内含硬件动态扫描显示控制，每片可驱动8个LED数码管，因此可直接驱动64段LED条图显示器。当多片MAX7219级联时，可控制更多的LED。也可以将MAX7219的一部分用于数字显示，一部分用于条图显示。显示的数据通过单片机数据处理(如量程标定，线性化，漂移处理等)后送至MAX7219，因而显示结果更加准确可信。

MAX7219是共阴极显示驱动器，其SEGA-G和SEGH为LED七段显示器段和小数点驱动端，DIG 0-7为8位数字驱动线，输出位选信号，DIN为串行数据输入端，CLK为串行时钟输入端，DOUT为串行数据输出端，在级联时传到下一片MAX7219的DIN端，LOAD为装入数据控制端，Iset端通过一个电阻与电源相连，以提供给LED段的峰值电流。 

MAX7219片内寄存器分为8个数位寄存器和6个控制寄存器。编程时需对其操作，故总结简要介绍如下：

(1)无操作寄存器允许数据通过而不对当前MAX7219产生影响。主要用于多片MAX7219级联时。

(2)译码方式寄存器决定数位寄存器的译码方式。可将数位寄存器工作方式设置为B码方式或不译码方式。B码方式适用于驱动LED数码管；不译码方式适用于驱动条图显示器。译码方式寄存器的每位对应一个数位，1为B码方式，O为不译码方式。

(3)数位寄存器决定该位LED显示的内容。采用B码方式时，要在指定数位上显示字符，只要按B码字符表将字符代码写入相应的数位寄存器即可。

(4)扫描范围寄存器设置显示数据位的个数。该寄存器的低3位(D2一Io)指定要扫描的数位数，可从1-8。

(5)关断寄存器其中D7一D1任意，DO为0，关闭所有显示器，但各寄存器中的数据保持不变；DO为1，正常显示。

(6)显示测试寄存器用于检查各LED或数码管各段的好坏。其中D7一Dl位任意，DO为1，LED处于显示测试状态，所有8位LED的段被扫描点亮；DO为0，处于正常工作状态。

(7)亮度控制寄存器当采用数字控制方式时，可通过D3一DO技制内部脉宽调制nAc的占空比来控制LED段电流的平均值，从而控制LED的亮度。D7一D4位可任意。D3一DO的值越大，LED显示越亮。在模拟控制方式时，调节v+与Iset端之间的外接电阻Rset的阻值可控制LED段电流的大小，达到硬件调节亮度的目的。

4 MAX7219与8031的接口

4．1 硬件

由MAX7219驱动的100段条固显示器电路如图1所示。100段条固显示器构成8×13结构，由两片MAX719级联驱动。8031的P1．O，P1．1，P1．2分别与MAX7219的DIN，CLK，LOAD端相连，而第一片MAX7219的DOUT与第二片MAx7219的DIN相连接。两个GND脚都必须连接到地线。电阻Rset可调节LED的亮度，每段的驱动峰值电流约为Rset中电流的100倍。Rset的最小值为9．53kΩ实际使用中可先用电位器调节亮度合适后再取一标称值。

4．2软件

上电时，所有控制寄存器均被复位，显示器熄灭，MAX219进入关断方式。故在使用显示器之前须进行控制寄存器的初始化。包括退出关断方式，指定译码方式(本例是条图显示，故采用不译码方式)，扫描范围(本例为13位)，设置显示亮度，最后进入正常工作方式。MAX7219将按5个控制寄存器规定的方式对待显示的数字自动扫描显示。

无论初始化MAX7219的控制寄存器，还是在相应的LED数码管(条图显示器)显示数字或光校，均须对数据进行写入。MAX7219规定16位二进制数据为一串行数据包p其中D15一D12位不用，可为任意值。D11一D8为内部控制寄存器和显示数据寄存器的地址。D7一10为5个控制寄存器的命令字或8个待显示的数据。D15为串行传送的第一位，DO为最后一位。16位数分成二字节，第一字节是地址，第二字节是数据。

下面给出通用的写入于程序WRITE，供参考。R3中为控制寄存器的地址，R4中为传送的命令字或待显示的数据。 

WRITE：MOV A，R3
ACALL SEND；传送地址
MOV A，R4
ACALLSEND；传送数据或命令
CIR P1．2
NOP
SETB P1．2
NOP
NOP
CLR P1．2
NOP
RET
SEND：MOV R6，#08H；向MAX7219传送8位数据或地址
LOOP：NOP
NOP
CLR P1．1
RLC A；移位
MOV P1.0，C
NOP
NOP
SETB P1．1
DJNZ R6，LOOP
BET

5 应用

LED条图显示器在自动化仪表和控制领域有较广泛的应用，如：

(1)与各类传感器结合，在二次仪表中能直观显示各种被测量，如温度、流量、液位、转速、电压等；将条图显示与单片机相结合，更能增加仪表的智能化。

(2)实现数字与模拟的组合显示，在同一显示界面(面板)上，既有精确的数字值，又有变化趋势显示．这也是目前流行的显示方式。

(3)通过光柱的布局设计，可以实现多种显示方式。利用条图显示器色彩变化，显示被测量(被控量)的不同状态：正常区(绿色)、警示区(黄色)、报警区(红色)。如果在警示和报警状态闪烁显示并辅以声音提示，效果更好。设定上下限，在同一条图显示器的两端设定被测量的上限和下限值，趋限报警提示。

总之，可以根据实际需要设计条图显示器的形状和显示方式，达到显示与警示相结合的目的。