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驅動條形圖顯示的微控制器單一 I/O 埠線路
( 10 月 1 日 2006 年)
作者：R Jayapal 博士，Bharat Heavy Electricals 有限公司（印度 Trichy）

帶有數位顯示器的儀器設計也許可以受益於一個提供被顯示參數的類比版之輔助顯示器。條形圖（bar-graph）顯示器提供了一種很容易解釋的繪圖指標，該指標可以讓與它的滿刻度值相比較，但基於微控制器的常規設計要使用至少一個 8 線 I/O 埠來驅動 8 區段條形圖 的LED 顯示器。
作為一種替代方案，一些微控制器中包含了脈寬調變（pulse-width-modulated，PWM）輸出。如果使用 PWM 輸出來驅動 National Semiconductor 公司的 LM3914 條形圖顯示器驅動電路或等效器件，就能把需要的 I/O 線路數量減到最少的程度。在操作中，微控制器的程式調節 PWM 輸出的脈寬，使得輸送給 LM3914 的平均電壓能照明顯示器中必要數量的條形。



圖 1 中的設計消除了這些方法的缺點，並且只使用一條埠線路來驅動一 8 區段的條形圖。該設計不使用 PWM 輸出，因此能應用到任何微控制器上。請參考圖 2 中的時序示意圖，無論條形圖顯示器何時需要更新，微控制器的軟體都可以透過它的輸出埠提供一個脈衝序列。第一個脈衝的寬度為 T1，它比脈衝寬度 T2 更寬，後者是透過觸發單穩態 IC1（74123 或等效器件）所產生的。把兩個脈衝施加到 IC3（是 7400 或等效 NAND 閘），它和 IC1 一起組成一個長脈衝檢測器。利用 IC1 數據表中的方程式來為 C1 和 R1 選擇數值，它們為 T2 的輸出脈衝產生約為 1.5 毫秒的值。T1 和 T3 的典型寬度分別是 3 毫秒和 1 毫秒。
IC3 的輸出脈衝變低，持續時間為 T1–T2，並且該脈衝清空 IC2（一個 8 位元串列進平行出的位移暫存器（serial-in parallel-out shift register）），這迫使 IC2 的所有輸出變低，並點亮條形圖陣列（LED1 至 LED8）的所有區段。



為了點亮條形圖陣列的 N 區段，微控制器立即透過輸出埠線路發送一個由 (8-N) 個寬度為 T3 的脈衝組成之串列序列。由於這些脈衝的寬度小於 T2，NAND 閘 IC3 的輸出始終保持在高的位置，因此不清空位移暫存器。微控制器的每個輸出脈衝之上升沿都把一個高電平載入到 IC2 的某個輸出。


<%@ LANGUAGE="VBSCRIPT" %>
<% Randomize: ord=int(rnd*1000000000) %>


請注意：位移暫存器 IC2 的 QA 輸出連接到條形圖最重要的區段。因此，第一個脈衝關斷最重要的區段。從最重要的區段開始，對於 (8–N) 個脈衝，8–N 個區段關斷，而由最不重要的區段開始的 N 個區段則保持點亮。運用這個反向邏輯，就可利用位移暫存器的輸出端的能力，來使汲取的電流大於它們能供應的電流——分別是 8 毫安培和 0.4 毫安培，因此在不增加輸出緩衝器的前提下，可以產生更亮的條形圖顯示器。圖 2 顯示了一張樣本時序示意圖，它點亮了 8 個顯示區段中的 5 個區段。
如果還有第二條輸出埠線路，則可以不必使用單穩態多頻振盪 IC1 和 NAND 閘 IC3，而是使用第二個埠，利用在條形圖需要更新時輸出零來清空位移暫存器。為了獲得更好的解析度，可以串聯額外的位移暫存器來為條形圖增加一些區段。為了點亮 M 區段顯示器的 N 個區段，第一個輸出埠為位移暫存器的時鐘輸入發送 M–N 個脈衝。
本設計非常適用於未使用的 I/O 埠線路非常寶貴的情況（引腳數量較少的微控制器就是這樣），或者如果需要為設計增加子板來改善條形圖顯示器。
 
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