1 超声波测距仪的显示要求
超声波测距仪的显示要求比较简单,测量结果一般采用十进制数字显示。显示位数按照该装置可测量的长度(与采用的超声波传感器有关)以及测量的精度来确定,要能显示出0~9这些数字以及小数点等,并要求显示稳定,无闪烁。长度单位一般为“米”,可以不显示,因此显示器件可选用BS202型共阴极或者BS212型共阳极7段LED显示器。
通过对一般测距仪的分析,发现通常只需要4位的LED即可满足大多数的显示精度要求,为了减少所需的I/O数量,降低成本,采用动态显示控制方式。通过对显示接口电路的综合分析,发现测距仪利用串行输入BCD码—十进制译码驱动显示器件MC14499来完成与单片机系统的显示接口较为简单可靠。
2 串行输入显示接口芯片MC14499
MC14499是一个BCD-锁存/7段译码/驱动器,双列直插式18脚封装,其引脚排列如图1所示。各引脚的功能如下:
a~g: 7段显示输出,用于驱动共阴极LED显示。I~IV: 4个位选通输出,用于片选显示位。D:串行数据输入端。dp:小数点显示输入端。CLK:时钟输入端,用作串行数据输入的同步信号。EN:使能端。为0时,允许接收串行数据输入;为1时,片内移位寄存器将数据送入锁存器中锁存。OSC:晶体输入,只需在此引脚与地之间接上电容,使片内产生200Hz~800Hz的扫描信号,以防显示器闪烁。
MC14499在接收串行数据的同时,就决定了各显示位的小数点是否显示,其工作过程如下:MC14499每次接收20个二进制数据(称为一帧数据), 1~20个数据依次串行输入,最先进入的4个数据规定了随后串行输入的4位BCD码(后16个数据)的小数点是否显示,如先进入的4个二进制数据为0001,则第4位LED显示小数点;如先进入的4个二进制数据为1000,则第1位LED显示小数点。即先输入的4个二进制数据中为“1”的位显示小数点,为“0”的位则不显示小数点。一帧串行输入数据的格式如表1所示。
MC14499具有输入锁存功能,一帧数据输入之后,就被锁存起来,直至下一帧数据输入为止。一帧串行数据输入之后, MC14499就自动开始动态扫描,实现动态显示。
3 用MC14499设计的LED显示器动态显示接口电路
用MCS-51或MCS-96系列单片机作为控制核心的超声波测距仪,其数据输出既可以通过单片机的通用I/O口输出,也可以通过单片机的串口用串行方式输出。这里假设使用的单片机是8031(其他型号的MCU可仿此做简单变化),单片机的P1口为数据输出口,显示器采用RS202型共阴极7段LED,显示位数为4位,由于一片MC14499可以驱动4个LED显示器,因此该显示接口只需用一片MC14499和单片机连接。图2是该动态显示接口的原理图。
P1.0用来向MC14499发送数据, P1.1用来向MC14499发送时钟脉冲,P1.2用于控制单片机输出数据向MC14499串行输入(当P1.2=0时,允许MC14499输入数据)。反相器74LS06作为显示器的位驱动, 8个47Ω的电阻是LED的限流电阻, 3个5.1kΩ的电阻是上拉电阻,使单片机8031输出电平与MC14499输入电平相兼容。由于MC14499具有输入自动锁存功能,而串行输入一帧数据又需要一定的时间,所以LED显示的数据不会出现闪烁现象。
4 结束语
该显示接口由于采用了高集成度的LED显示驱动器,与单片机的数据传输采用串行同步方法,具有占用MCU资源少,外加电路简单,使用灵活方便等特点,适合于大多数超声波测距仪使用。
参考文献:
[1]王福瑞,等.单片微机测控系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1998.
[2]张淑清,姜万录,等.单片微型计算机接口技术及其应用[M].北京:国防工业出版社, 2001.
[3]余永权,汪明慧,黄英.单片机在控制系统中的应用[M].北京:电子工业出版社, 2003.
作者简介:宋立中(1969—),男,副教授,从事电气控制和实用电子技术的教学和研究工作。
(收稿日期:2006-03)
