基于单片机的数码管动态显示器的设计方案

 

　　1.前言

　　数码管静态显示系统需要占用过多的单片机口线，但是可以保证正常的亮度。为了解决占用口线较多而浪费硬件资源等问题，研究人员开发了一系列诸如74HC595的数码管驱动芯片，该类芯片可以实现串行转并行的工作方式，驱动数码管实现静态和动态显示。但是，这样一种工作方式暴露出控制系统实时性不足等问题，在某些对系统响应时间要求比较高的场合的应用产生了一定的限制。为了解决上述几个弊端，本文提出了一种基于单片机的数码管动态显示器的设计方案，以IAP15F2K61S2系列单片机做控制核心，并采用全新的软硬件电路实现数码管的动态显示。

　　2.控制系统硬件设计

　　2.1 显示器外观设计

　　本显示器采用六个共阳极的数码管，按照通常的做法，六个数码管水平排列在产品的最上方，如图1所示，这样的设计可以方便的将控制系统的控制状态显示出来。下方采用的是40管脚DIP封装的单片机，所有并行口线都安排了插针，可以方便的实现系统的外部扩展，增强本显示器的可移植性。

　　

　　采用透明的亚克力材料制作显示器的外壳，可以很好的进行可见光线传播，同时，可以坚固的固定电路板。

　　2.2 显示器控制核心

　　核心选择IAP15F2K61S2单片机是宏晶科技有限公司（STC）于2013年所推出的最新款的1T单片机，是常规51单片机的加强版。该系列单片机的运行速度要比普通51单片机快7-12倍，可以较大幅度的提高单片机控制系统的响应速度，降低系统的响应时间。

　　IAP15F2K61S2单片机集成了丰富的实用功能部件，简化了常规单片机最小系统的硬件构成，省去了外部复位电路和时钟电路等部分，优化了管脚配置，配置了五个8位（P0，P1，P2，P3，P4）和一个2位（P5）通用并行I/O口线。

　　本显示器配置IAP15F2K61S2单片机的P2口的低六位作为数码管的选择控制信号，P0口作为数码管的显示段码传送数据总线。

　　2.3 显示器控制电路设计

　　本显示器的控制电路包括电源模块、驱动模块、显示模块、程序下载模块等模块，产品电路原理图如图2所示。

　　

　　显示器的电源模块采用两种供电方式。

　　第一种方式是通过USB转串行口的下载器给显示器供电，第二种方式是通过5V直流电源适配器供电，另外还可以方便的改装成220V交流电供电，下载器的供电电源来自计算机的USB口，能够提供给控制系统的电流太小，影响了数码管的正常显示亮度，而采用220V交流电供电方式还需要添加过多的电源处理电路，选用第二种方式5V直流电源适配器给本显示器供电，既便于给产品供电，也可以提供充足的电流。

　　驱动模块保证了共阳极数码管的正常显示，由于单片机的管脚输出电流是有限的，因此，P2口对共阳极数码管公共端的控制需要添加三极管进行驱动，本显示器选用NPN型三极管9013实现对数码管公共端的控制。

　　将六个数码管水平排成一行，公共端通过三极管进行控制，而数据段与单片机的口线直接相连构成了本显示器的显示模块。

　　IAP15F2K61S2系列单片机程序的下载可以通过其自带的全双工异步串行口（UART）所配置的两条管脚RXD（P3.0）和TXD（P3.1）实现，这种程序下载方式需要的硬件条件非常简单，下载软件的操作方式非常的便捷，受到众多单片机系统研发人员的青睐。本显示器正是采用了这样的程序下载方式。