集约型51系统板输出通道的改进设计

3.1 液晶显示(LCD)电路的设计

液晶显示模块与单片机的连接方式有2种：一种是直接访问(总线方式)，另一种是间接控制方式。直接访问方式就是将液晶显示模块的接口或I／O设备直接挂在单片机总线上，单片机以访问I／O设备的方式控制液晶显示模块的工作。间接控制方式就是单片机通过自身的或系统的并行接口与液晶显示模块连接，单片机通过对这些接口的操作，实现对液晶显示模块的控制。间接控制方式的特点是电路简单，可以省略单片机外围的数字逻辑电路，控制时序由软件产生。为LCD的程序流程如图2所示。

液晶显示电路采用1602字符点阵液晶显示和12864图形点阵液晶显示器。该电路采用总线接法，这样做的好处是可以把液晶显示器当作一个外部的存储单元来操作。RW为读写控制线，高电平是读低电平是写，RS为命令和数据控制线，高电平是命令，低电平是数据，E使能信号端，当E有一个高电平时液晶模块使能。这样要对液晶模块访问时，只要把RW，RS设置好再把数据或命令送到外部RAM的任一个地址即可，或把外部RAM的任何地址的数读进。因为产生一次读或者写外部RAM都会使单片机RD，WR两个引脚的其中之一产生一个低电平，经过与非门74LS00后产生一个高电平使液晶显示器使能，如图3所示：

12864图形点阵液晶显示器有20个引脚，而且引脚跟1602字符液晶显示器兼容，所以驱动电路可以采用与1602的驱动电路共用的方法。因为两个液晶显示器不同时使用，这样可以节省元件，减少布线的难度，又可以分别使用两种液晶显示器。

3.2 数码管显示电路的设计

基于集约设计的考虑，本设计采用2个3位的LED数码管接成1个6位的LED数码管显示电路。这样设计的思想是这个实验板既可以做一般的显示电路实验，也可以做数字钟的实验(可以显示时分秒)。由于单片机的I／O口输出驱动能力比较弱，所以每一位数字都采用1个三极管9013驱动。而且在接到P0口的那些LED数据口要在P0口加一个小阻值的电阻排，才可以让P0口输出的段码驱动数码管。

3.3 LED点阵电路的改进设计

比较大多数系统板，行驱动器选择74LS164移位方式的话，在送出显示数据后再送行选择码时会让相邻行的LED也会点亮，出现显示模糊的情况。此处选择2个74LS138接成一个4线译16线的译码器来选择行。LED点阵驱动电路的设计采用单个16×16的LED点阵，因为LED点阵达到16×16的话就可以在点阵里面显示分辩比较高的汉字的，这样可以丰富LED的显示效果。列驱动仍采用2个8位的移位寄存器74LS164接成1个16位的移位寄存器，第一个74LS164的Q7输出接到了第二个的数据输入口，这样经过16个串行时钟周期就可以将一个16位的显示码送到了列驱动器。采用串行的目的就是一可以增大每个线的驱动能力，还有就是节省I／O口。经过这样的设计之后就可以只用2个I／O口就把显示码送到了列驱动器端。一个10 kΩ的电阻接到三极管9012的基极。三极管在此作为一个开关的驱动作用，当16线译码器输出低电平时，对应的三极管会导通将电源接到点阵的输入端，若对应的列驱动器输出列是低电平时就会让行和列交叉的那个发光二极管点亮。

经过上述集约和改进，本设计综合2种主流显示的特点，将3种显示器都集成到系统板上。

4 模拟信号输出模块的改进设计

D／A转换器可以将单片机处理过的数字信号转换为模拟信号输出，利用这个模拟信号就可以对一些外部设备进行控制。为了简化电路设计和节省I／O口，采用串行D／A转换芯片TLC5615。它有标准的SPI接口，一个数据线DATA、一个时钟线SCLK和一个片选信号引脚CS。正是通过这个接口使该器件和单片机接口通信，所以采用串行的D／A芯片可以大减少单片机I／O口的使用。TLC5615的REFIN引脚是D／A转换参考电压输入端，通过电阻R1和R2的分压提供参考电压。OUT引脚是D／A转换后的模拟电压输出端口，可以把被控制的器件接到此端口上实现均匀控制，如图4所示：

5 结 语

在上述设计过程中，元器件的选择和电路的改进，都是以串行取代并行为原则，大多数的芯片采用串行接口。在整个输出通道中，对液晶显示、LED数码管显示、LED点阵显示进行了集约和改进设计，对开关量输出、模拟量输出进行了改进设计。通过简单廉价的电子元器件，就可以方便地做出集约型系统板。经过改进后集约设计的系统板，实际使用效果良好。系统的各项功能符合设计要求，与市面上同类系统板相比、性价比高、且操作简单、方便易用。该系统板为单电源供电，成本低，非常适用于单片机的嵌入式系统应用。

作者：李云鹤，晏振鸣

(1．茂名学院 广东茂名 525000；2．中国联通湖北分公司 运行维护部 湖北 武汉 437000)

来源：现代电子技术