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显示器及其接口技术(精)

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显示器接口知识全解

显示器接口知识全解

显示器接口知识全解显示器接口是指显示器和主机之间的接口，通常有DVI、HDMI 和15针D-Sub(VGA)三种：DVI数字输入接口：DVI(Digital Visual Interface，数字视频接口)是近年来随着数字化显示设备的发展而发展起来的一种显示接口。

普通的模拟RGB接口在显示过程中，首先要在计算机的显卡中经过数字/模拟转换，将数字信号转换为模拟信号传输到显示设备中，而在数字化显示设备中，又要经模拟/数字转换将模拟信号转换成数字信号，然后显示。

在经过2次转换后，不可避免地造成了一些信息的丢失，对图像质量也有一定影响。

而DVI接口中，计算机直接以数字信号的方式将显示信息传送到显示设备中，避免了2次转换过程，因此从理论上讲，采用DVI接口的显示设备的图像质量要更好。

另外DVI接口实现了真正的即插即用和热插拔，免除了在连接过程中需关闭计算机和显示设备的麻烦。

现在很多液晶显示器都采用该接口，CRT显示器使用DVI接口的比例比较少。

需要说明的是，现在有些液晶显示器的DVI接口可以支持HDCP协议，为看有版权的高清电影电视打下基础。

HDMI数字输入接口：HDMI的英文全称是“High Definition Multimedia”，中文的意思是高清晰度多媒体接口。

HDMI接口可以提供高达5Gbps的数据传输带宽，可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号。

同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。

应用HDMI的好处是：只需要一条HDMI线，便可以同时传送影音信号，而不像现在需要多条线材来连接;同时，由于无线进行数/模或者模/数转换，能取得更高的音频和视频传输质量。

对消费者而言，HDMI技术不仅能提供清晰的画质，而且由于音频/视频采用同一电缆，大大简化了家庭影院系统的安装。

HDMI接口支持HDCP协议，为看有版权的高清电影电视打下基础。

2002年的4月，日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝共7家公司成立了HDMI组织开始制定新的专用于数字视频/音频传输标准。

第11章 显示器接口技术

第11章 显示器接口技术

显示器采用共阳极LED数码显示器。扫描 输出SL0～SL3送至四输入十输出BCD码译码 器74LS45的输入端，经译码后的8个输出信 号作为8个显示器的选通信号，即位选通信号， 轮流刷新8个显示器。显示输出OUTA0～ OUTA3、 OUTB0～OUTB3经 74LS06反相 驱动后接至LED显示器的8个段，每个输出驱 动一个段，各位相同的段连接到一起。显示 内容来自显示RAM。
2、段选码、位选码每送入一次后延时1ms，
保持延时一段时间（1ms） ，以造成视觉暂
留效果；
3、结果：看上去每个数码管总在亮。
只要有动态显示，则主程序中必须不停的刷新显示。
动态显示微观过程
8位LED数码管的显示
D7 74LS373 G OE D0
D0~D7H port2
…...
D0~D7H D7 74LS373 G OE D0
在一些嵌入式系统中，往往只需要简单的字符 显示功能，这时候只要用LED数码管或LCD显示片 就可以了，这样还能降低整个系统的成本、缩小 体积、减少功耗和提高可靠性。
11.1 LED显示器接口技术
LED(Light Emitting Diode)是七段或八段数 码管的简称，它广泛用于嵌入式系统与单板机系 统等系统的显示部件中。
0 1
D5
0
D4 D3 D2
AI X A2
D1
A1
D0
A0
D7D6D5（010）：命令特征码。 D4（AI）：自动地址增量标志位。当AI=1时，每 次读出后地址自动加1指向下一存储单元；AI=0 时，读出后地址不变。 D2D1D0（A2A1A0）：要读的起始地址，一般写0。 D3：不用。
4、读显示RAM
10.2.1 CRT显示器概述

LED显示器接口技术及实验

LED显示器接口技术及实验

LED显示器接口技术及实验在单片机系统中，经常用LED（发光二极管）数码显示器来显示单片机系统的工作状态、运算结果等各种信息，LED数码显示器是单片机与人对话的一种重要输出设备。

16.1 LED数码显示器的构造及特点图16-1是LED数码显示器的构造。

它实际上是由8个发光二极管构成，其中7个发光二极管排列成“8”字形的笔画段，另一个发光二极管为圆点形状，安装在显示器的右下角作为小数点使用。

通过发光二极管亮暗的不同组合，从而可显示出0~9的阿拉伯数字符号以及其它能由这些笔画段构成的各种字符。

图16-1 LED数码显示器的构造LED数码显示器的内部结构共有两种不同形式，一种是共阳极显示器，其内部电路见图16-2，即8个发光二极管的正极全部连接在一起组成公共端，8个发光二极管的负极则各自独立引出。

另一种是共阴极显示器，其内部电路见图16-3，即8个发光二极管的负极全部连接在一起组成公共端，8个发光二极管的正极则各自独立引出。

图16-2 共阳极显示器内部电路图16-3 共阴极显示器内部电路LED数码显示器中的发光二极管共有两种连接方法：共阳极接法。

把发光二极管的阳极连在一起，使用时公共阳极接+5V，这时阴极接低电平的段发光二极管就导通点亮，而接高电平的则不点亮。

共阴极接法。

把发光二极管的阴极连在一起，使用时公共阴极接地，这时阳极接高电平的段发光二极管就导通点亮，而接低电平的则不点亮。

驱动电路中的限流电阻R，通常根据LED的工作电流计算而得到，R=（Vcc-Vled）/Iled。

式中，Vcc为电源电压（+5V），Vled为LED压降（一般取2V左右），Iled为工作电流（可取1~20mA）。

R通常取数百欧姆。

我们实验中使用的89C51单片机，其P0~P3口具有20mA的灌电流输出能力，因此可直接驱动共阳极的LED数码显示器。

为了显示数字或符号，要为LED数码显示器提供代码，因为这些代码是为显示字形的，因此称之为字形代码。

显示器接口技术

显示器接口技术
由图可见，并行输出时， 每个LED数码管都需要8位输 出口独立控制，因此该方式 虽然亮度好，且不占用CPU 的工作时间，但在显示器位 数较多时，连线较复杂。
表6-13 74LS139的真值表
串行输出
采用串行输出可以大大节省单片机的内部资源。图620为2位共阳LED作串行输出的接口电路。该电路用74LS164 将80C51输出的串行数据转换成并行数据输出给LED显示器， 减少了接口连线。其中74LS164的TXD为移位时钟输出，RXD 为移位数据输出，P1．7作为显示器允许控制输出线。每次 能够输出2个字节（16位）的段码数据。依据此方法，可以 作多位LED的串行输出显示。
⑵动态显示
显示原理 动态显示就是一位一位地轮流点亮各位LED显示器 （即扫描），对于每位显示器来说，每隔一段时间被80C51 点亮一次，并保留一定时间（通常为1～10ms），以造成 视觉暂留效果。这样，虽然在同一时刻，实际上只有一位 LED显示器在显示，但利用人眼的“视觉暂留”和发光二 极管熄灭时的余晖效应，使人感觉好像若干位LED显示器 在同时显示不同的数字一样。
2．LED数码显示器的编码
要使LED数码管显示数字，只要点亮相应字段的发光二极管即可。 如要显示“1”，点亮b、c段；要显示“0”，点亮a、b、c、d、e、f 段。从图6-17中不难看出，对于共阴极数码管，点亮字段用高电平 “1”表示，而对于共阳极数码管，点亮字段则用低电平“0”来表示。 这样我们就可以把要显示的数字与一串二进制代码对应起来，即对 LED数码显示器实现编码。由于这种编码是与显示器结构相对应的， 因此分为共阴显示码和共阳显示码两种。
管的每一段加有限流电阻。
五．软件设计(参考程序如下)
ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H

显示器及其接口技术(精)

显示器及其接口技术(精)

1
1
全灭 全亮
接口程序为：
MOV BX，OFFSET
MOV AL，[BX]
OUT
PORT1，AL
INC
BX
MOV AL，[BX]
OUT
PORT0，AL
DATA1 ；显示左2位
；显示右2位
2．动态显示电路
动态显示接口电路的关键是由两个I/O 并行端口 分别进行段选码与位选码的锁存，除了需要配置驱 动电路以外，译码扫描功能则完全由软件编程来完 成。图6-6给出4个LED组成的动态显示软件译码接口 电路，4个共阴极LED显示器的段选线对应并接，由 一片8D触发器74LS374（U1）进行段选控制，其间串 有8个三极管以正向驱动LED的阳极，此可称为段选 通道。4个LED的COM端由另一片 74LS374（U2）进行 位选控制，其间接有达林顿阵列驱动器MC1413（内 含7对复合三极管）以对LED的阴极进行反向驱动， 此构成了位选通道。
+5V
LE BLLT D C B A LE BLLT D C B A
U3 CD4511B g f e d c ba
U4 CD4511B g f e d c ba
dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
LED 1 COM
锁存允许信号(Latch Enable)为低电平有效，作为允许BCD码 输入的片选信号，片选端一般是与接口地址译码信号相连。一 旦片选有效即＝0,则数据输入端A、B、C、D所接收的4位BCD码 就会被内部逻辑电路自动译为输出端a~g的段选信号，从而驱 动点亮7段LED显示出相应的字符。
图6-5为4个LED组成的静态显示硬件译码接口电路，是在图 6-3 LED静态显示方式的基础上，增加4片集BCD码锁存、译码 和驱动为一体的CD4511B（U1~U4）与1片译码器74LS138，它能 够直接显示出4位十进制数。

显示器-接口

显示器-接口
控制电路的功能 将主机显示适配器送来的视频信号经过前级平衡、视频信号放大和末级平衡的处理后， 送显像管的阴极。由于荧光粉轰击后产生的亮点只能在短时间内发光，所以电子束必 须不间断地一次又一次地扫描屏幕，才能形成稳定的图像。 由行扫描电路和场扫描电路控制CRT外部的偏转线圈，使光点移动从而形成光栅点亮整 个屏幕。
21
图7.14 矩阵式液晶显示器面板电路示 意图
选通线 X1
X2
T1 C1
X3 信号线
Y1
Y2
Y3
22
1.3显示器接口
显示卡又称为图形适配器，主要作用是对图形函数进行加速。 显示卡有多种，一般按所符合的视频显示标准来分类。在计算机显示系统的发
展过程中，有多个显示标准，从最初的MDA，CGA，EGA，VGA以及SVGA到现在的 XGA，相应地把符合不同标准的显示卡称为CGA卡等，把和它们相配的显示器也 称为CGA显示器等。 从显示卡和主机的接口看，也由原来的ISA总线接口发展到PCI总线接口，以及 目前广泛使用的AGP接口。而显示卡和显示器的接口则由于液晶显示器的出现， 除了和CRT显示器普遍使用的VGA模拟接口(D型15针)外，还出现了数字视频接 口（DVI）。
亮度：这一指标是相当重要的，它将决定其抗干扰能力的大小。液晶显示器亮度以平方米 烛光(cd/m2)或者nits为单位，普遍在150nits到250nits之间。
对比度：对比度是指最亮区域和最暗区域之间的比率，对比度是直接体现液晶显示器能否 实现丰富的色阶的参数，对比度越高，还原的画面层次感就越好，即使在观看亮度很高的 照片时，黑暗部位的细节也可以清晰体现。液晶显示器的对比度普遍在150:1到500:1。我 们购买LCD的对比度则最好高于250：1。
阴极射线管显示器CRT技术成熟，成本较低，寿命较长，是最常用的 显示器。其缺点是体积大，能耗大。

LED显示器原理及接口技术

LED显示器原理及接口技术
+5V a b ┆ g dp a b ┆ g dp
a b c ┆
n dp
a b c ┆
n dp
+5V
共阴极 共阳极 共阴极 共阳极
（a）七段LED原理图
图（b）“米”字LED原理图
图
典型LED器件原理图 器件原理图 典型
LED显示器原理及接口技术 LED显示器原理及接口技术
给数码管的每个输入端（a,b,c,……,h） 给数码管的每个输入端（a,b,c,……,h） 提供适当电平， 提供适当电平，使某几段发光二极管亮 而另外几段不亮， ，而另外几段不亮，则可显示出数字或 字母。八个输入端组成的二进制编码（ 字母。八个输入端组成的二进制编码（ 简称段码或段选码） 简称段码或段选码）所对应的显示内容 见后表。 见后表。
LED显示器原理及接口技术 显示器原理及接口技术
表 七段LED字型码 七段LED字型码
LED数码管在微机系统中的应用 LED数码管在微机系统中的应用
图
LED在系统中的连接 在系统中的连接
LED数码管在微机系统中的应用 LED数码管在微机系统中的应用
常用于LED的驱动器：7407/7406同向 常用于LED的驱动器：7407/7406同向/反向驱动器 同向/ 的驱动器 75452二输入与非驱动器 二输入与非驱动器。 ，75452二输入与非驱动器。锁存器可用 74LS273/373 、74LS244等集成电路。 74LS244等集成电路 等集成电路。 系统中有多位LED 则每次只能使一位LED LED， LED显示信息 系统中有多位LED，则每次只能使一位LED显示信息 每位LED上有一选通端（公共端）。 LED上有一选通端 ）。要想使哪位显 ，每位LED上有一选通端（公共端）。要想使哪位显 就应给其公共端提供有效电平（共阳极为“ 示，就应给其公共端提供有效电平（共阳极为“1” 公阴极为“ ），而其它位的公共端提供无效电 ，公阴极为“0”），而其它位的公共端提供无效电 这样构成的二进制编码称为位码或位选码。 平。这样构成的二进制编码称为位码或位选码。 动态显示：在多位LED显示中，即要使每一位的显示 动态显示：在多位LED显示中， LED显示中 信息有一个持续时间，可用循环延时程序实现， 信息有一个持续时间，可用循环延时程序实现，又 要保证一遍一遍地进行循环显示时不出现闪烁， 要保证一遍一遍地进行循环显示时不出现闪烁，在 硬件设计时就要考虑LED的位数不能太多， LED的位数不能太多 软、硬件设计时就要考虑LED的位数不能太多，显示 的延时要适中。 的延时要适中。

LED显示器及其接口技术

LED显示器及其接口技术
2、参数的处理 3、控制信号的输出通道 4、过程显示和人工干预
2.1 LED显示器接口
学习目标
掌握LED显示器件的工作原理、显示方式及其接 口电路。 了解图形显示画面的几种形式与功能作用。
引言
在计算机控制中，显示装置是一个重要组 成部分，主要用来显示生产过程的工艺状况与 运行结果，以便于现场工作人员的正确操作。 常用的显示器件有显示记录仪、发光二极管显 示器LED、液晶显示器LCD、大屏幕显示器和 图形显示器终端CRT。
共阴极LED的所有发光管的阴极并接成公 共端COM，而共阳极LED的所有发光管的 阳极并接成公共端COM。当共阴极LED的 COM端接地，则某个发光二极管的阳极加 上高电平时，则该管有电流流过因而点亮 发光；当共阳极LED的COM端接高电平， 则某个发光管的阴极加上低电平时，则该 管有电流流过因而点亮发光。
在计算机控制系统中，常利用多个LED数码管构成多 位显示。通常把点亮LED某一段的控制称为段选，而把 点亮LED某一位的控制称为位选或片选。根据LED显示 器的段选线、位选线与控制端口的连接方式不同，LED 显示器有静态显示与动态显示两种方式，下面以4个共 阴极LED的组合为例进行说明。
1．静态显示方式
8段LED通过不同段点亮时的组合，可以显示0~9、A~F等十 六进制数。显然，将单片机的数据输出口与LED各段引脚相连，控 制输出的数据就可以使LED显示不同的字符。通常把控制LED数码 管发光显示字符的8位字节数据称为段选码或者字符译码，如图所 示。
8段LED选码原理与结构图
二、 LED数码管显示方式
第二章 微型计算机控制系统的接口技术
2.1 LED显示器接口 2.2 键盘接口技术 2.3 模拟量输入通道 2.4 模拟量输出通道 2.5 开关量输入/输出通道
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引言
在计算机控制中，显示装置是一个重要组 成部分，主要用来显示生产过程的工艺状况与 运行结果，以便于现场工作人员的正确操作。 常用的显示器件有显示记录仪、发光二极管显 示器LED、液晶显示器LCD、大屏幕显示器和 图形显示器终端CRT。
显示记录仪--是以模拟方式连续显示和记录过程参数的动态变化，但 其价格都很贵，在目前的计算机控制系统中已很少采用。
6.1.1 LED 显示器工作原理
LED（发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写） 是利用PN结把电能转换成光能的固体发光器件，根据制造材 料的不同可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见光来。 LED的伏安特性类似于普通二极管，正向压降约为2伏左右， 工作电流一般在10 -20 mA之间较为合适。
D7
dp
COM 图6-2 8段LED显示器段选码原理图
链接动画
6.1.2 LED显示器显示方式
在计算机控制系统中，常利用n个LED显示器构成n位显示。
通常把点亮LED某一段的控制称为段选，而把点亮LED某一位的 控制称为位选或片选。根据LED显示器的段选线、位选线与控 制端口的连接方式不同，LED显示器有静态显示与动态显示两 种方式，下面以4个共阴极LED的组合为例进行说明。
g f COM a b
a
a
b
b
10 9 8 7 6
c
c
a
d
d
f gb
e
e
e d c dp
f
f
12 34 5
g
g
dp
dp
e d COM c dp
COM
(a) 段排列
(b) 共阴极
图 6-1 8段LED显示器的结构原理
COM
(c) 共阳极
链接动画
一个8段LED显示器的结构与工作原理如图6-1所示。 它是由8个发光二极管组成，各段依次记为a、b、c、 d、e、f、g、dp ，其中dp表示小数点（不带小数点 的称为7段LED）。8段LED显示器有共阴极和共阳极两 种结构，分别如图6-1（b）、（c）所示。
2．动态显示方式
LED动态显示电路如图6-4所示
I/O(1) dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
LED数码管--由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示 清晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机控制系统及智能化仪表广 泛采用。
LCD--则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表 到便携式微型计算机等应用场合。
CRT终端--CRT终端以其图文并茂的直观生动画面，可以显示生产过程 中的各种画面及报表，如生产流程图、显示报警图、趋势曲线图、状态
第6章 显示器及其接口技术
学习目标
1.掌握LED数码管显示器的工作原理、显示方式 及其接口电路。
2.理解LCD液晶显示器的结构原理、驱动方式及 其接口电路。
3.了解图形显示画面的几种形式与功能作用。
本章主要内容
引言 6.1 LED数码管显示器 6.2 LCD液晶显示器 6.3 图形显示器 本章小结 思考题
图 7-5 LED静态显示方式
பைடு நூலகம்图6-3 LED静态显示方式
链接动画
例题6-1：说明4个共阴极LED静态显示3456数字的工作过程。
例题分析：看图6-3，当所有COM端连接在一起并接 地时，首先由I/O口（1）送出数字3的段选码4FH即数据 01001111到左边第一个LED的段选线上，阳极接受到高电 平“1”的发光管g、d、c、b、a段因为有电流流过则被点 亮，则结果为左边第一个LED显示3；接着由I/O口（2） 送出数字4的段选码66H 即数据01100110到左边第二个 LED的段选线上，阳极接受到高电平“1”的共阴极发光管 g、f、c、b段则被点亮，则结果为左边第二个LED显示4； 同理，由I/O口（3）送出数字5的段选码6DH即01101101 到左边第三个LED的段选线上，由I/O口（4）送出数字6 的段选码7DH即01111101到左边第四个LED的段选线上， 则第三、四个LED分别显示5、6。
8段LED通过不同段点亮时的组合，可以显示0~9、A~F等十六进制 数。显然，将单片机的数据输出口与LED各段引脚相连，控制输出的数 据就可以使LED显示不同的字符。通常把控制LED数码管发光显示字符的 8位字节数据称为段选码或者字符译码，如图7-4所示。
D0
a
D1
b
D2
c
D3
d
D4
e
D5
f
D6
g
LED显示器有多种结构形式，单段的圆形或方形LED常 用来显示设备的运行状态，8段LED可以显示各种数字和字 符，所以也称为LED数码管，其外形如图7-2所示。8段LED 在控制系统中应用最为广泛，其接口电路也具有普遍借鉴性。 因此，我们介绍8段LED数码管显示器。
8段LED显示器的结构与工作原理如图7-3所示。
和回路查询图等,在很多微型计算机控制系统中，特别在DDC，SCC以
及DCS控制系统中，大都采用CRT操作台进行监视和控制。
6.1 LED数码管显示器
引言 6.1.1 6.1.2 6.1.3
LED 显示器的工作原理 LED显示器的显示方式 LED显示器接口电路
引言
在小型控制装置和数字化仪器仪表中，往往 只要几个简单的数字显示或字符状态便可满足 现场的需求，而显示数码的LED因其成本低廉、 配置灵活，与计算机接口方便等特点在小型微 机控制系统中得到极为广泛的应用。 本节将讨论LED显示器及其接口电路与相应程 序，来了解一个实际的计算机控制系统是如何 显示被测参数值的。
1、静态显示
2、动态显示
1．静态显示方式
4个LED组合的静态显示电路如图6-3所示
I/O(1)
I/O(2)
I/O(3)
I/O(4)
dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
COM
COM
COM
COM
GND
共阴极LED的所有发光管的阴极并接成公共端COM， 而共阳极LED的所有发光管的阳极并接成公共端COM。 当共阴极LED的COM端接地，则某个发光二极管的阳极 加上高电平时，则该管有电流流过因而点亮发光；当 共阳极LED的COM端接高电平，则某个发光管的阴极加 上低电平时，则该管有电流流过因而点亮发光。