74LS164在2051单片机LED显示电路中的应用

74ls164简介

74ls164、74lsT164是高速硅门CMOS器件，与低功耗肖特基型TTL（LSTTL）器件的引脚兼容。

74HC164、74HCT164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA或DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。

时钟 （CP） 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据输入端（DSA和 DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。

主复位 （MR） 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。

功能图

AT89C2051 是一种高性能低价位单片机 ，但因其引脚少 ，给系统设计尤其是 L ED 显示接口电路的设计带来一定难度。笔者采用串入并出移位寄存器 74LS164 圆满地解决了这一问题 ，文中详细介绍了该接口电路的构成原理与软件。实际运行表明 ，该显示电路可以成功地应用到以AT89C2051 单片机为核心的智能仪表中 ，而且 L ED 显示清晰稳定可在线调整发光亮度。

AT89系列单片机［1］是美国ATMEL公司近年来推出的一种新型高性能低价位、低电压低功耗的8位CMOS微型计算机。它的显著优点是：①内含Flash存储器，这在系统的开发过程中，可随意进行程序修改，既便错误编程之后仍可以重新编程，故不存在废品且大大缩短了程序的开发周期;同时在系统工作过程中能有效地保存数据信息。②采用静态时钟方式，节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有利。③由于它是以8031核构成的，所以它与MCS251系列单片机是兼容的，这对于熟悉MCS251系列的广大用户来说，用AT89系列单片机取代51系列进行系统设计是轻而易举的。

而AT89C2051又是AT89系列中一种更为廉价的单片机，作为一种小型测控系统或便携式智能仪器仪表的核心器件，其性能价格比优于MCS251系列。所不同的是它的引脚只有20根，比标准型的40根少得多，也即并行I/O端口较少。如何利用这较少的几根口线，连接成稳定可靠的L ED显示电路，就是以AT89C2051单片机为核心的应用电路所要解决的瓶颈问题。

本文采用了74LS164这个串入并出的移位寄存器，很好地解决了2051与L ED的显示接口电路。

硬件电路

2051余下的并行I/O口线不足8根，数据的并行输出已不可能，但可以考虑串行输出方法，图1给出串行口扩展的4位L ED显示接口电路。

该电路只使用2051的3个端口，配接4片串入并出移位寄存器74LS164与1片三端可调稳压器LM317T。其中74LS164的引脚Q0～Q7为8位并行输出端;引脚A、B为串性输入端;引脚CL K为时钟脉冲输入端，在CL K脉冲的上升沿作用下实现移位，在CL K=0、清除端M R=1时，74LS164保持原来数据状态;M R=0时，74LS164输出清零。

其工作过程如下：2051的串行口设定在方式0移位寄存器状态下，串行数据由P3.0发送，移位时钟由P3.1送出。在移位时钟的作用下，串行口发送缓冲器的数据一位一位地移入74LS164中。4片74LS164串级扩展为4个8位并行输出口，分别连接到4个L ED显示器的段选端作静态显示。需要指出的是，由于74LS164无并行输出控制端，因而在串行输入过程中，其输出端的状态会不断变化，造成不应显示的字段仍有较暗的亮度，影响了显示的效果。

以往的做法是在74LS164的输出端加接4片锁存器或三态门，使移位寄存器串行输入数据时其输出端的变化不反映到L ED上，待串行输入结束后再打开锁存器或三态门，将稳定的显示数据送给L ED。

本文电路的独特之处在于仅采用了1片三端可调稳压器LM317T，317T的3、2脚分别是电压输入、输出端，317T的1脚是电压调整端，脚2输出电压随脚1电压而变化。脚1与接地电阻之间并一个NPN三极管，它的基极受P1.7口线控制，串行输入时P1.7口线为高电平，三极管饱和导通使317T的脚1约为0.3 V，脚2输出电压随之下降到1.5 V不足以使共阳极L ED发光，故此时串行输入的影响不会反映到L ED上;串行输入结束后，使P1.7口线为低电平，三极管截止，脚2输出电压因脚1电压增高便上升到2.0 V使L ED正常发光。因此，1片三端可调稳压器LM317T起到了4片锁存器的作用使L ED显示不会闪烁。本电路的另一优点是通过可调电位器P1可在线调整脚2的输出电压，使L ED的显示亮度均匀可调，而且省掉了大量的L ED限流电阻。

软件编程

上述分析表明，移位寄存器74LS164仅有串入并出作用没有译码功能。因此，在编写显示驱动程序之前，首先需要计算列写出与本电路对应的LED段选码，然后由2051的P3.0口送入164的串行输入端，再并行输出到LED的段选端。

需要指出的是，本电路采用TOS28106BHK型号的共阳极LED显示器，根据PCB印制线路板的连线方便，其LED的8个段选端与164的并行输出口即8根段选线的连接没有遵照通常的规律，而是如图1所示的段排列为7、6、4、2、1、9、10、5，相应的段选码也要重新计算，如显示字符0的段选码为11H，显示字符1的段选码为D7H等。

另外，这种稳定的静态显示方式也省去了CPU的动态扫描过程，此为本电路的又一特点。

电路中设计了4位L ED显示器，其功能为：左首位为百位数或标志位，左二位为十位数，左三位为个位数，左四位为小数点后的十分位数。据此，给出如图2所示的显示子程序框图。

显示子程序清单如下 ：

DISI：

SETB P1. 7 ;灭显示

MOV R0 ， # SBCD

MOV A ， @R0 ;取出要显示的数

ADD A ， # 2DH ;加上偏移量

MOVC A ， @A + PC ;查表取出段选码

MOV SBUF ，A ;送出显示

DL1 ： JNB TI ，DL1 ;输出完否 ？

CLR TI ;完 ，清中断标志

INC R0

MOV A ， @R0

ADD A ， # 21H

MOVC A ， @A + PC

ANL A ， # OEFH ;个位加小数点

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 ;亮显示

RET

SEGTAB ： DB 11H ，0D7H ，32H

DB 92H ，0D4H ，98H

DB 18H ，0D3H ，10H ，0D0H

本串行口扩展的 L ED 显示接口电路已被笔者成功地应用到以 AT89C2051 单片机为核心的智能仪表中 ，如单片机湿度测量仪、单片机温度测量仪等。现场运行表明 ，L ED 显示清晰稳定不闪烁 ，特别是在现场环境如光照强弱不同的情况下 ，可以在线调整 L ED 发光的亮度 ，获得视觉与功耗的最佳效果。