温度采集显示系统、报警系统及键盘控制系统的设计
显示系统的设计
显示系统是单片机控制系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值，以便使现场工作人员能够及时掌握生产过程。
工业控制系统中常用的显示器件有CRT、LED、LCD等。CRT不仅可以进行字符显示，而且可以进行画面显示，和计算机配合使用，可十分方便地实现生产过程的管理和监视。但由于CRT体积大，价格昂贵，所以只适用于大型微机控制系统。在中小型的控制过程中，为了使工作人员能够在现场直接看到生产情况和报警信号，经常选用LED和LCD作为显示器件。LED和LCD都具有体积小，功耗低，响应速度快，易于匹配，可靠性高和寿命高等优点。LCD是一种功耗极低的显示元件，在仪表和低功耗应用系统中的使用较多，而LED成本低廉，培植灵活，多用于单片机控制系统中，所以选用LED显示。
5.1.1 LED显示器件的工作原理
LED是一种电流发光器件．它既可以工作在恒定电流状态，又可以工作在脉冲电流状态。在平均电流相同的情况下，脉冲工作状态可产生比直流工作状态较强的亮度，一般每秒钟可导通100—500次，每次为几个毫秒：LED有单个发光二极管、七段(或八段)LED显示器和LED点阵显示器等类型。发光颜色有红、绿、黄等。LLD显示器每段正常发光需直流电流10~20mA，发光二极管发光时．其正向导通压降为1.7v左右。
七段LED显示器是由7个LED按—定的图形排列组成，如图5-1(a)所示，七段LED显示器的各个二极管分别称为a、b、c、d、e、f、g段，有些七段显示器增加一个dp段表示小数点，也称为八段LED显示器。
七段LED显示器有两种结构：共阴极七段LED显示器和共阳极七段LED显示器，如图5-1(b)、(c)所示。所有二极管的阴极接在一起的称为共阴极七段LED显示器；所有二极管的阳极接在一起的称为共阳极七段LLD显示器。共阳极七段LED显示器工作时，二极管的公共阳极接向电平“1”．各段的阴极接与共阳七段码相对应的电平。共阴极七段LED显示器工作时，其公共极接到低电平，各段的阳级接与共阴七段码相对应的电平。在实际应用中，除公共极外，其他各极应串接一个电阻后再接到相应电平。电阻的作用是限制流过LED中的电流以保证在发光时二极管不因电流过大而被烧坏。
（a）典型的七段LED器件 （b）共阳极LED显示器 （c）共阴极LED显示器
图5-1七段LED显示器的结构原理
将数码管的引脚和单片机的数据输出口相连，控制输出的数据可以使数码管显示不同的数字和字符，通常称控制发光二极管的8位字节数据为段选码。7段LED段选码如表4-1所示。可以看出，共阳极和共阴极的段选码互为补数。
表5-1 7段LED段选码
显示字符 共阴极段选码 共阴极段选码 显示字符 共阴极段选码 共阴极段选码
0 3FH C0H C 3EH C6H
1 06H F9H D 5EH AH
2 5BH A4H E 79H 86H
3 4FH B0H F 71H 8EH
5 6DH 92H U 3EH C1H
6 7DH 82H r 31H CEH
7 07H F8H Y 6EH 91H
8 7FH 80H 8. FFH 00H
9 6FH 90H “灭” 00H FFH
A 77H 88H / / /
B 7CH 83H
5.1.2 LED显示电路设计
LED的显示份静态显示方式和动态显示方式
在静态显示方式下，N块显示器件都处于选通状态；每一块显示器件的段选线和一个8位的并行口相连，只要控制显示位的段选码，就可显示出相应的字幅。由于显示器件由不同的I/O控制，所以静态显示方式中的每一位都可以独立显示，在同一时刻每一位显示的字符可以各不相同。
LED动态显示就是将所有显示位的段选线并联在一起，有一个8位I/O口控制，而位选线则有其他的I/O口控制，通过程序控制，不断循环输出相应的段选码和位选码，由于人的视觉暂留效应，就可以获得视觉稳定的显示状态。
本设计选用的是串行口动态扫描显示，其电路图如5-2所示。
图5-2 串行动态LED扫描电路
图5-2是电原理图，采用MCS-8051单片机，同时用廉价易得的74LS164和74LS138作为扩展芯片。74LS164是一个8位串入并出的移位寄存器，其此处的功能是将C2051串行通信口输出的串行数据译码并在其并口线上输出，从而驱动LED数码管。74LS138是一个3-8译码器，它将单片机输出的地址信号译码后动态驱动相应的LED。但74LS138电流驱动能力较小，为此，使用了未级驱动三极管2SA1015作为地址驱动。
