《电子元器件》8显示器件

第8章显示器件,显示器件可将电信号转换成能看见的字符图形，其在电子设备中的应用日益广泛。本章主要介绍LED数码管和液晶显示屏这两种应用最普遍的显示器件。LED数码管是将发光二极管做成段状，通过让不同发光段发光来组合各种数字；液晶显示屏是通过施加电压使特定区域的液晶变得透明或不透明来显示字符图形。,掌握数码显示器件（LED）的结构和显示原理；掌握数码显示器件（LED）的检测方法并了解其应用；掌握液晶显示屏（LCD）的结构和显示原理；掌握液晶显示屏（LCD）的检测方法并了解其应用。1LED数码管,能力目标：,8.1LED数码管,LED数码管是最常用的一种字符显示器件，它是将若干个LED按一定图形组织在一起构成的，其外形和符号如图8-1-1所示和图8-1-2所示。按照显示字形分，LED数码管可分为数字管和符号管；按显示位数分为一位、双位和多位数码管；按内部连接方式分为共阴极数码管和共阳极数码管两种；按字符颜色分为红色、绿色、黄色和橙色等。7段LED数码管是应用比较多的一种数码管。,8.1LED数码管,8.1LED数码管,8.1.1一位LED数码管1.外形与引脚排列一位LED数码管如图8-1-3所示，它将a、b、c、d、e、f、g、dp共八个发光二极管排成图示的“8”字形，通过让a、b、c、d、e、f、g不同的段发光来显示数字08。,8.1LED数码管,8.1LED数码管,2.内部连接方式由于八个发光二极管共有16个引脚，为了减少数码管的引脚数，在数码管内部将八个发光二极管正极或负极引脚连接起来，接成一个公共端（COM），根据公共端是发光二极管的正极还是负极，可分为共阳极接法（正极相连）和共阴极接法（负极相连），如图8-1-4所示。,8.1LED数码管,8.1LED数码管,对于共阳极接法的数码管，需要给发光二极管加低电平才能发光；而对于共阴极接法的数码管，需要给发光二极管加高电平才能发光。假设图8-1-3(b)是一个共阴极接法的数码管，如果让它显示一个“5”字，那么需要给a、c、d、f、g引脚按高电平（即这些引脚为1），b、e引脚按低电平（即这些引脚为0），这样a、c、d、f、g段的发光二极管有电流通过而发光，b、e段的发光二极管不发光，数码管就会显示出数字“5”。,8.1LED数码管,3.应用图8-1-5所示为一位数码管译码控制器的电路图。5161BS为共阳极七段数码管，74LS47为BCD-七段显示译码器芯片，能将A3A0引脚输入的二进制数转换成七段码来驱动数码管显示对应的十进制数，表8-1为74LS47的输入/输出关系表，表中的H表示高电平，L表示低电平。S3S0按钮分别为74LS47的A3A0引脚提供输入信号，未按下按钮时，输入为低电平（常用“0”表示），按下时输入为高电平（常用“1”表示）。,8.1LED数码管,8.1LED数码管,根据数码管译码控制器电路图和74LS47输入/输出关系表8-1可知，当S3S0按钮均未被按下时,A3A0引脚都为低电平，相当于A3A2A1A0=0000，74LS47对二进制数“0000”译码后从ag引脚输出七段码0000001，因为5161BS为共阳极数码管，g引脚为高电平，数码管的g段发光二极管不亮，其他段均亮，数码管显示的数字为“0”；当按下按钮S2时，A2引脚为高电平，相当于A3A2A1A0=0100，74LS47对“0100”译码后从ag引脚输出七段码“1001100”，数码管显示的数字为“4”。,8.1LED数码管,8.1LED数码管,4.类型与引脚检测检测LED数码管使用万用表的R10k挡。从图8-1-4所示的数码管内部发光二极管的连接方式可以看出：对于共阳极多位数码管，当黑表笔接公共端、红表笔依次接其他各电极时，会出现八次阻值小的情况；对于共阴极多位数码管，当红表笔接公共端、黑表笔依次接其他各电极时，也会出现八次阻值小的情况。（1）类型与公共端的判别在判别LED数码管的类型及公共端(COM)时，将万用表拨至R10k挡，测量任意两引脚之间的正、反向电阻，当出现阻值小的情况时，如图8-1-6(a)所示，说明黑表笔接的为发光二极管的正极，红表笔接的为负极。然后黑表笔不动，红表笔依次接其他各引脚，若出现阻值小的次数大于两次时，则黑表笔接的引脚为公共端，被测数码管为共阳极类型；若出现阻值小的次数仅有一次，则该次测量时红表笔接的引脚为公共端，被测数码管为共阴极数码管。,8.1LED数码管,（2）各段极的判别在检测LED数码管各引脚对应的段时，万用表选择R10k挡。对于共阳极数码管，黑表笔接公共端，红表笔接其他某个引脚，这时会发现数码管某段会有微弱的亮光，如a段有亮光，表明红表笔接的引脚与a段发光二极管负极连接；对于共阴极数码管，红表笔接公共端，黑表笔接其他某个引脚，会发现数码管某段会有微弱的亮光，则黑表笔接的引脚与该段发光二极管正极连接。由于万用表的R10k挡提供的电流很小，因此测量时有可能无法让一些数码管内部的发光二极管正常发光，虽然使用万用表R1R1k挡时提供的电流大些，但内部使用的1.5V电池，无法使发光二极管导通发光，解决这个问题的方法是将万用表拨至R10挡或R1挡，给红表笔串接一个1.5V的电池，电池的正极连接红表笔，负极接被测数码管的引脚，如图8-1-6(b)所示，具体的检测方法与选择万用表R10k挡时相同。,8.1LED数码管,8.1LED数码管,8.1.2多位LED数码管1.外形与类型图8-1-7是4位LED数码管，它有两排共12个引脚，其内部发光二极管有共阳极和共阴极两种连接方式，如图8-1-8所示，12、9、8、6引脚分别为各位数码管的公共端，11、7、4、2、1、10、5、3引脚同时接各位数码管的相应段，称为段极。,8.1LED数码管,2.显示原理多位LED数码管采用了扫描显示方式，又称“动态驱动方式”。为了使读者理解其显示原理，这里以在图8-1-7所示的4位LED数码管上显示“1278”为例来说明，假设其内部发光二极管为图8-1-8（b）所示的连接方式。先给数码管的12引脚加一个低电平（9、8、6引脚为高电平），再给7、4引脚加高电平（11、2、1、10、5引脚为低电平），结果第一位的b、c段发光二极管点亮，第一位显示“1”，由于9、8、6引脚均为高电平，故第二、三、四位中的所有发光二极管均无法导通而不显示；然后给9引脚加一个低电平（12、8、6引脚为高电平），给11、7、2、1、5引脚加高电平（4、10引脚为低电平），第二位的a、b、d、e、g段发光二极管点亮，第二位显示“2”;同样原理，在第三位和第四位分别显示数字“7”和“8”。,8.1LED数码管,8.1LED数码管,多位数码管的数字虽然是一位一位地显示出来的，但人眼具有视觉暂留特性（所谓视觉暂留特性，是指当人眼看见一个物体后，如果物体消失，人眼还会觉得物体仍在原位置，这种感觉约保留0.04s的时间），只要显示速度快，当数码管显示到最后一位数字“8”时，人眼会感觉前面3位数字还在显示，故看起来好像是一下子显示的“1278”四位数。,8.1LED数码管,3.应用图8-1-9是一个4位LED数码管显示电路。ATmega8为8位AVR单片机，它除了从PC1PC4引脚输出位扫描信号外，还分别从MOSI、SCK引脚输出时钟信号和串行数据,74HC164为串入并出芯片，它在CLK引脚输入的时钟信号控制下，将A、B引脚输入的串行数据转换成并行数据，即数据从A、B引脚一位一位输入74HC164，经转换后从Q0Q7端同时输出8位数据，送到四位LED数码管的ag、dp端，数码管以扫描方式显示4位数。单片机输出的位扫描信号和串行显示数据由编写的程序来决定。,8.1LED数码管,8.1LED数码管,4.检测检测多位LED数码管使用万用表的R10k挡。从图8-1-8所示的多位数码管内部发光二极管的连接方式可以看出：对于共阳极多位数码管，黑表笔接某一位极、红表笔依次接其他各电极时，会出现8次阻值小的情况；对于共阴极多位数码管,红表笔接某一位极、黑表笔依次接其他各电极时，也会出现8次阻值小的情况。,8.1LED数码管,（1）类型与某位公共端的判别在检测多位LED数码管类型时，将万用表拨至R10k挡，测量任意两引脚之间的正、反向电阻，当出现阻值小的情况时，说明黑表笔接的为发光二极管的正极，红表笔接的为负极，然后黑表笔不动，红表笔依次接其他各引脚，若出现阻值小的次数等于8次，则黑表笔接的引脚为某位的公共端，被测多位数码管为共阳极，若出现阻值小的次数等于数码管的位数（如4位数码管为4次），则黑表笔接的引脚为段极,被测多位数码管为共阴极，红表笔接的引脚为某位的公共端。,8.1LED数码管,（2）各段极的判别在检测多位LED数码管各引脚对应的段时，万用表选择R10k挡。对于共阳极数码管，黑表笔接某位的公共端，红表笔接其他引脚,若发现数码管某段有微弱的亮光，如a段有亮光，表明红表笔接的引脚与a段发光二极管负极连接；对于共阴极数码管，红表笔接某位的公共端，黑表笔接其他引脚，若发现数码管某段有微弱的亮光，则黑表笔接的引脚与该段发光二极管正极连接。如果使用万用表R10k挡检测无法观察到数码管的亮光，则可按图816(b)所示的方法，将万用表拨至R10或R1挡，给红表笔串接一个1.5V的电池，电池的正极连接红表笔，负极接被测数码管的引脚，具体的检测方法与万用表选择R10k挡时相同。,8.2液晶显示屏,液晶显示屏（简称LCD）的主要材料是液晶。液晶是一种有机材料，在特定的温度范围内，既有液体的流动性，又有某些光学特性，其透明度和颜色随电场、磁场、光及温度等外界条件的变化而变化。液晶显示屏是一种被动式显示器件，液晶本身不会发光，它是通过反射或透射外部光线来显示的，光线越强，其显示效果越好。液晶显示屏是利用液晶在电场作用下光学性能变化的特性制成的。8.2.1笔段式液晶显示屏1.外形如图8-2-1所示为液晶屏的外形结构，它具有体积小、厚度薄、质量小和结构简单的特点。,8.2液晶显示屏,8.2液晶显示屏,2.结构与原理如图8-2-2所示，一位笔段式液晶显示屏是将液晶材料封装在两块玻璃板之间，在上玻璃板内的表面涂上“8”字形的七段透明电极，在下玻璃板的内表面整个涂上导电层用做公共的电极（或称背极）。当给液晶显示屏上玻璃板的某段透明电极与下玻璃板的公共电极之间加上适当大小的电压时，该段极与下玻璃板上的公共电极之间夹持的液晶会产生“散射效应”，夹持的液晶不透明，就会显示出该段形状。例如，给下玻璃板上的公共电极加一个低电压，而给上玻璃板内表面的a、b段透明电极加高电压，则a、b段极与下玻璃板上的公共电极存在电压差，它们中间夹持的液晶特性改变，a、b段下面的液晶变得不透明，呈现出“1”字样。,8.2液晶显示屏,8.2液晶显示屏,3.多位笔段式液晶显示屏的驱动方式多位笔段式液晶显示屏有静态和动态（扫描）两种驱动方式。在采用静态驱动方式时，整个液晶显示屏使用一个公共的背极并接出一个引脚，而各段电极都需要独立接出引脚，如图8-2-3所示，故静态驱动方式的液晶显示屏引脚数量较多。在采用动态驱动方式（即扫描方式）时，各位都要有独立的背极，各位相应的段电极在内部连接在一起再接出一个引脚，动态驱动方式的液晶显示屏引脚数量较少。,8.2液晶显示屏,8.2液晶显示屏,动态驱动方式的多位笔段式液晶显示屏的工作原理与多位LED数码管、多位真空荧光显示器一样，采用逐位快速显示的扫描方式，利用人眼的视觉暂留特性来产生屏幕整体显示的效果。如果要将图8-2-3所示的静态驱动显示屏改成动态驱动显示屏，只需将整个公共的背极切分成5个独立的背极，并引出5个引脚，然后将5个位中相同的段极在内部连接起来并接出1个引脚,共接出8个引脚，这样整个显示屏只需13个引脚。在工作时，先给第一位背极加电压，同时给各段极传送相应电压，液晶显示屏第一位会显示出需要的数字；然后给第二位背极加电压，同时给各段极传送相应电压，液晶显示屏第二位会显示出需要的数字；如此工作，直至第五位显示出需要的数字，然后重新从第一位开始显示。,