74LS164在2051單片機(jī)LED顯示電路中的應(yīng)用

74ls164簡介

74ls164、74lsT164是高速硅門CMOS器件，與低功耗肖特基型TTL（LSTTL）器件的引腳兼容。

74HC164、74HCT164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（DSA或DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。

時(shí)鐘 （CP） 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA和 DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長度。

主復(fù)位 （MR） 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無效，非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。

功能圖

AT89C2051 是一種高性能低價(jià)位單片機(jī) ，但因其引腳少 ，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤其是 L ED 顯示接口電路的設(shè)計(jì)帶來一定難度。筆者采用串入并出移位寄存器 74LS164 圓滿地解決了這一問題 ，文中詳細(xì)介紹了該接口電路的構(gòu)成原理與軟件。實(shí)際運(yùn)行表明 ，該顯示電路可以成功地應(yīng)用到以AT89C2051 單片機(jī)為核心的智能儀表中 ，而且 L ED 顯示清晰穩(wěn)定可在線調(diào)整發(fā)光亮度。

AT89系列單片機(jī)［1］是美國ATMEL公司近年來推出的一種新型高性能低價(jià)位、低電壓低功耗的8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。它的顯著優(yōu)點(diǎn)是：①內(nèi)含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，這在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，可隨意進(jìn)行程序修改，既便錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，故不存在廢品且大大縮短了程序的開發(fā)周期;同時(shí)在系統(tǒng)工作過程中能有效地保存數(shù)據(jù)信息。②采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，節(jié)省電能，這對于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有利。③由于它是以8031核構(gòu)成的，所以它與MCS251系列單片機(jī)是兼容的，這對于熟悉MCS251系列的廣大用戶來說，用AT89系列單片機(jī)取代51系列進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)是輕而易舉的。

而AT89C2051又是AT89系列中一種更為廉價(jià)的單片機(jī)，作為一種小型測控系統(tǒng)或便攜式智能儀器儀表的核心器件，其性能價(jià)格比優(yōu)于MCS251系列。所不同的是它的引腳只有20根，比標(biāo)準(zhǔn)型的40根少得多，也即并行I/O端口較少。如何利用這較少的幾根口線，連接成穩(wěn)定可靠的L ED顯示電路，就是以AT89C2051單片機(jī)為核心的應(yīng)用電路所要解決的瓶頸問題。

本文采用了74LS164這個(gè)串入并出的移位寄存器，很好地解決了2051與L ED的顯示接口電路。

硬件電路

2051余下的并行I/O口線不足8根，數(shù)據(jù)的并行輸出已不可能，但可以考慮串行輸出方法，圖1給出串行口擴(kuò)展的4位L ED顯示接口電路。

該電路只使用2051的3個(gè)端口，配接4片串入并出移位寄存器74LS164與1片三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM317T。其中74LS164的引腳Q0～Q7為8位并行輸出端;引腳A、B為串性輸入端;引腳CL K為時(shí)鐘脈沖輸入端，在CL K脈沖的上升沿作用下實(shí)現(xiàn)移位，在CL K=0、清除端M R=1時(shí)，74LS164保持原來數(shù)據(jù)狀態(tài);M R=0時(shí)，74LS164輸出清零。

其工作過程如下：2051的串行口設(shè)定在方式0移位寄存器狀態(tài)下，串行數(shù)據(jù)由P3.0發(fā)送，移位時(shí)鐘由P3.1送出。在移位時(shí)鐘的作用下，串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位地移入74LS164中。4片74LS164串級(jí)擴(kuò)展為4個(gè)8位并行輸出口，分別連接到4個(gè)L ED顯示器的段選端作靜態(tài)顯示。需要指出的是，由于74LS164無并行輸出控制端，因而在串行輸入過程中，其輸出端的狀態(tài)會(huì)不斷變化，造成不應(yīng)顯示的字段仍有較暗的亮度，影響了顯示的效果。

以往的做法是在74LS164的輸出端加接4片鎖存器或三態(tài)門，使移位寄存器串行輸入數(shù)據(jù)時(shí)其輸出端的變化不反映到L ED上，待串行輸入結(jié)束后再打開鎖存器或三態(tài)門，將穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)送給L ED。

本文電路的獨(dú)特之處在于僅采用了1片三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM317T，317T的3、2腳分別是電壓輸入、輸出端，317T的1腳是電壓調(diào)整端，腳2輸出電壓隨腳1電壓而變化。腳1與接地電阻之間并一個(gè)NPN三極管，它的基極受P1.7口線控制，串行輸入時(shí)P1.7口線為高電平，三極管飽和導(dǎo)通使317T的腳1約為0.3 V，腳2輸出電壓隨之下降到1.5 V不足以使共陽極L ED發(fā)光，故此時(shí)串行輸入的影響不會(huì)反映到L ED上;串行輸入結(jié)束后，使P1.7口線為低電平，三極管截止，腳2輸出電壓因腳1電壓增高便上升到2.0 V使L ED正常發(fā)光。因此，1片三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM317T起到了4片鎖存器的作用使L ED顯示不會(huì)閃爍。本電路的另一優(yōu)點(diǎn)是通過可調(diào)電位器P1可在線調(diào)整腳2的輸出電壓，使L ED的顯示亮度均勻可調(diào)，而且省掉了大量的L ED限流電阻。

軟件編程

上述分析表明，移位寄存器74LS164僅有串入并出作用沒有譯碼功能。因此，在編寫顯示驅(qū)動(dòng)程序之前，首先需要計(jì)算列寫出與本電路對應(yīng)的LED段選碼，然后由2051的P3.0口送入164的串行輸入端，再并行輸出到LED的段選端。

需要指出的是，本電路采用TOS28106BHK型號(hào)的共陽極LED顯示器，根據(jù)PCB印制線路板的連線方便，其LED的8個(gè)段選端與164的并行輸出口即8根段選線的連接沒有遵照通常的規(guī)律，而是如圖1所示的段排列為7、6、4、2、1、9、10、5，相應(yīng)的段選碼也要重新計(jì)算，如顯示字符0的段選碼為11H，顯示字符1的段選碼為D7H等。

另外，這種穩(wěn)定的靜態(tài)顯示方式也省去了CPU的動(dòng)態(tài)掃描過程，此為本電路的又一特點(diǎn)。

電路中設(shè)計(jì)了4位L ED顯示器，其功能為：左首位為百位數(shù)或標(biāo)志位，左二位為十位數(shù)，左三位為個(gè)位數(shù)，左四位為小數(shù)點(diǎn)后的十分位數(shù)。據(jù)此，給出如圖2所示的顯示子程序框圖。

顯示子程序清單如下 ：

DISI：

SETB P1. 7 ;滅顯示

MOV R0 ， # SBCD

MOV A ， @R0 ;取出要顯示的數(shù)

ADD A ， # 2DH ;加上偏移量

MOVC A ， @A + PC ;查表取出段選碼

MOV SBUF ，A ;送出顯示

DL1 ： JNB TI ，DL1 ;輸出完否 ？

CLR TI ;完 ，清中斷標(biāo)志

INC R0

MOV A ， @R0

ADD A ， # 21H

MOVC A ， @A + PC

ANL A ， # OEFH ;個(gè)位加小數(shù)點(diǎn)

MOV SBUF ，A

DL2 ： JNB TI ，DL2

CLR TI

INC R0

MOV A ， @R0

ADD A ， # 13H

MOVC A ， @A + PC

MOV SBUF ，A

DL3 ： JNB TI ，DL3

CLR TI

MOV A ， # 0FFH

MOV SBUF ，A

DL4 ： JNB TI ，DL4

CLR TI

CLR P1. 7 ;亮顯示

RET

SEGTAB ： DB 11H ，0D7H ，32H

DB 92H ，0D4H ，98H

DB 18H ，0D3H ，10H ，0D0H

本串行口擴(kuò)展的 L ED 顯示接口電路已被筆者成功地應(yīng)用到以 AT89C2051 單片機(jī)為核心的智能儀表中 ，如單片機(jī)濕度測量儀、單片機(jī)溫度測量儀等?，F(xiàn)場運(yùn)行表明 ，L ED 顯示清晰穩(wěn)定不閃爍 ，特別是在現(xiàn)場環(huán)境如光照強(qiáng)弱不同的情況下 ，可以在線調(diào)整 L ED 發(fā)光的亮度 ，獲得視覺與功耗的最佳效果。