濰坊工程職業(yè)學(xué)院山工機電工程學(xué)院 脫建智 謝宗華 于婷婷

自動控制系統(tǒng)高亮數(shù)碼管顯示器的設(shè)計與制作

濰坊工程職業(yè)學(xué)院山工機電工程學(xué)院 脫建智 謝宗華 于婷婷

面向應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜，顯示信息量較大的工業(yè)環(huán)境，選用通用型自動控制核心IAP15F2K61S2設(shè)計了具備5線接口的硬件電路，采用可移植性較好的頭文件格式封裝了核心控制功能，設(shè)計并制作了功能完備的自動控制系統(tǒng)高亮數(shù)碼管顯示器。

四聯(lián)高亮數(shù)碼管；控制核心；5線接口

1 引言

強電磁干擾、粉塵、蒸汽等工業(yè)環(huán)境對控制系統(tǒng)的顯示器功能提出了較為苛刻的要求，本研究采用抗干擾能力極強的國產(chǎn)控制核心和四聯(lián)高亮數(shù)碼管設(shè)計并制作了適用范圍較為廣泛的高亮數(shù)碼管顯示器。

2 電路設(shè)計

2.1 元器件選型

①控制核心

根據(jù)本項目控制系統(tǒng)的控制要求，選擇通用控制核心IAP-15F2K61S2系列芯片，該芯片內(nèi)置1T高速CPU，2KB RAM，具有低速、空閑和掉電三模式低功耗設(shè)計，超強抗干擾，超低EMI，61KB Flash，強大的ISP/IAP編程和存儲功能。

②數(shù)碼管顯示器

為了綜合提高本顯示器的效率和功能，選擇4片四聯(lián)高亮數(shù)碼管搭建本顯示器，該元件采用14-DIP封裝，通過14根管腳可方便的實現(xiàn)溫度、時間、速度等信息的顯示，大幅節(jié)約控制核心的硬件資源。

③驅(qū)動芯片

綜合考慮產(chǎn)品的性價比等因素，采用較為通用的串行轉(zhuǎn)并行8bit移位寄存器74HC595D作為本顯示器的驅(qū)動芯片，芯片為SOP-16貼片式封裝，在保證性能的前提下，可大幅減小PCB電路板的體積，提高產(chǎn)品的性價比。

2.2 電路設(shè)計與制作

①主電路設(shè)計

本產(chǎn)品的主電路以單片機為核心設(shè)計，采用DC5V-1A通用開關(guān)電源或A型USB接口供電，電源開關(guān)采用小型船型開關(guān)，設(shè)計有LED電源指示燈，串行通信的發(fā)送和接收紅藍雙色指示燈，2條電源線和3條數(shù)據(jù)線的5線接口，4條備用線方便用戶實現(xiàn)自定義擴展功能，上位機經(jīng)過USB接口給單片機串行下載程序。

②顯示電路設(shè)計

顯示電路以4片四聯(lián)數(shù)碼管和4片595驅(qū)動芯片為核心設(shè)計，驅(qū)動芯片之間通過串入串出的方式通信，驅(qū)動芯片和數(shù)碼管之間通過串入并出的方式通信，數(shù)碼管的顯示信息（段選）由U2傳遞，點亮數(shù)碼管的位置（位選）和表示時間的冒號控制信息由U3、U4和U5配合實現(xiàn)傳遞，一幀顯示數(shù)據(jù)為32bit。

3 軟件設(shè)計

控制軟件以3個數(shù)組和3個子函數(shù)為核心設(shè)計，被封裝成獨立的頭文件，便于其他控制系統(tǒng)引入本產(chǎn)品實現(xiàn)顯示功能，系統(tǒng)主函數(shù)中只需要包含該頭文件，將所需顯示的信息存放到顯示緩沖區(qū)數(shù)組，調(diào)用顯示子函數(shù)即可將信息高亮顯示到本顯示器。

3.1 顯示數(shù)組

設(shè)計了二維顯示代碼數(shù)組作為本顯示器的顯示代碼表，便于顯示較為復(fù)雜的信息，用戶所需特殊字符也自定義擴展到顯示代碼表，實現(xiàn)連續(xù)字符串的靜態(tài)或動態(tài)顯示。

unsigned char TAB[CodeNO][2]={0,0x3F,1,0x06,2,0x5B,3,0x4F,4,0x66,5,0x6D,6,0x7D,7,0x07,8,0x7F,9,0x6F,0X0A,0x77,0x0B,0x7C,0x0C,0x39,0x0D,0x5E,0x0E,0x79,0x0F,0x71};

設(shè)計了2個一維數(shù)組作為段選和位選的顯示緩沖區(qū)，用于存放待顯示數(shù)據(jù)。

unsigned char DSBu[16]={此處存放待顯示數(shù)據(jù)},DSInD[3]={0x7F,0xFF,0xFF};

3.2 子函數(shù)

設(shè)計了代碼轉(zhuǎn)換子函數(shù)用于提取二維顯示代碼數(shù)組的數(shù)碼管段碼。

unsigned char CodCvt(unsigned char InData){unsigned char i;for(i=0;i＜CodeNO;i++){if(InData==TAB[i][0])return TAB[i][1];}return 0;}

設(shè)計了數(shù)碼管驅(qū)動芯片驅(qū)動子函數(shù)用于通過595傳遞數(shù)碼管段選和位選數(shù)據(jù)，代碼如下：

void SendByte_595(unsigned char dat)

{unsigned char i;for(i=0;i＜8;i++){HC595_SHCP=0;if(dat&0x80)HC595_DS=1;else HC595_DS=0; dat＜＜=1;HC595_SHCP=1;}}

設(shè)計了顯示驅(qū)動子函數(shù)用于統(tǒng)籌數(shù)組和子函數(shù)實現(xiàn)本產(chǎn)品的顯示功能。本驅(qū)動函數(shù)連續(xù)執(zhí)行4次SendByte函數(shù)發(fā)送一幀顯示數(shù)據(jù)，點亮1位數(shù)碼管，連續(xù)發(fā)送16幀數(shù)據(jù)，實現(xiàn)本顯示器的整屏信息顯示。將四聯(lián)數(shù)碼管的時間顯示冒號控制位用位選數(shù)組的4個bit來控制亮滅，設(shè)置時間顯示冒號控制標(biāo)志位，當(dāng)需要時間顯示的時候控制相應(yīng)的位選控制位點亮?xí)r間顯示冒號。

void DScan(unsigned char *DSBufP,unsigned char DSInfor)

{unsigned char i,j,c,k,SecLED=0xBD,TempDot=0x00;

DSInD[2]=0xFF;DSInD[1]=0xFF;DSInD[0]=0xFE;if(DSInfor==0x01){k++;if(k＜22) SecLED=0xFD;else if(k＜44)SecLED=0xBD;else k=0;}

if(DSInfor==0x80)SecLED=0xBD;for(i=0,j=0;i＜=15;i++){if(DSInfor==0x80&&(i==0x06||i==0x0E))TempDot=0x80;else TempDot=0x00;

for(c=0;c＜=6;c++){HC595_STCP=0;SendByte_595(DSInD[2]&0xF7);SendByte_59 5(DSInD[1]&SecLED);SendByte_595(DSInD[0]&0xEF);SendByte_595(CodCvt(*DSBufP)|TempDot);HC595_STCP=1;}

DSBufP ++;DSInD[j]=_crol_(DSInD[j],1);

if(i==0x03||i==0x07||i==0x0B||i==0x0F)DSInD[j]=_crol_(DSInD[j],1);

if(i==0x06||i==0x0C){DSInD[j]=0xFF;j++;DSInD[j]=0xFE;}}}

4 總結(jié)

本研究經(jīng)過電路設(shè)計，PCB打樣，產(chǎn)品制作，軟件設(shè)計，功能調(diào)試等步驟成功制作了自動控制系統(tǒng)高亮數(shù)碼管顯示器，在相關(guān)控制系統(tǒng)的應(yīng)用中驗證了該產(chǎn)品的顯示功能。

[1]脫建智．基于IAP15F2K61S2單片機的數(shù)碼管動態(tài)顯示器的研究與設(shè)計[J]．電子世界,2013,12:36-37．

[2]脫建智．基于自適應(yīng)算法的圓柱狀旋轉(zhuǎn)顯示屏的研究與設(shè)計[J]．電子世界,2013,7:155．

[3]脫建智．單片機外部中斷的教學(xué)和自學(xué)方法研究與設(shè)計[J]．電子世界,2013,20:161-162．

脫建智（1981—），男，山東青州人，碩士，講師，現(xiàn)供職于濰坊工程職業(yè)學(xué)院山工機電工程學(xué)院，研究方向：機電一體化系統(tǒng)。