第7章-显示器.ppt

1、本章主要内容,引言 7.1 LED数码管显示器 7.2 LCD液晶显示器 7.3 图形显示器 本章小结 思考题,在微机控制中，显示装置是一个重要组成部分，主要用来显示生产过程的工艺状况与运行结果，以便于现场工作人员的正确操作。常用的显示器件有显示记录仪、发光二极管显示器LED、液晶显示器LCD、大屏幕显示器和图形显示器终端CRT。 其中，显示记录仪是以模拟方式连续显示和记录过程参数的动态变化，虽然后来也出现了以微处理器为核心的数字式智能记录仪，但其价格都很贵，在目前的计算机控制系统中已很少采用。LED数码管由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机

2、控制系统及智能化仪表广泛采用。而LCD则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表到便携式微型计算机等应用场合。,大屏幕显示器是由若干个LED点矩阵模块组合成的，能够显示普通汉字和英文，具有显示清晰、视觉范围宽广等优点，主要用于车站、码头、体育场馆、大型生产装置的现场显示。而CRT终端以其图文并茂的直观生动画面，可以显示生产过程中的各种画面及报表，如生产流程图、显示报警图、趋势曲线图、状态和回路查询图等，十分便于对生产过程的管理和监视，因此在很多微型计算机控制系统中，特别在DDC，SCC以及DCS控制系统中，大都采用CRT操作台进行监视和控制。 在单片微型计算机系统中，主要用 LE

3、D和 LCD进行显示，而且随着LCD价格的降低，LCD愈来愈受到人们的青睐。,7.1 LED数码管显示器,主要知识点: 7.1.1 LED 显示器工作原理 7.1.2 LED显示器显示方式 7.1.3 LED显示器接口电路,在专用的微机控制系统中，特别是小型控制装置和数字化仪器仪表中，往往只要几个简单的数字显示或字符报警功能便可满足现场的需求，而显示数码的LED因其成本低廉、配置灵活，与单片机接口方便等特点在小型微机控制系统中得到极为广泛的应用，如图7-1所示。那么一个实际的微机控制系统是如何显示被测参数值的？下面通过讨论LED显示器及其接口电路与实例程序，便可一清二楚。,7.1.1 LED

4、显示器工作原理,LED（发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写）是利用PN结把电能转换成光能的固体发光器件，根据制造材料的不同可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见光来。LED的伏安特性类似于普通二极管，正向压降约为2伏左右，工作电流一般在10 20 mA之间较为合适。 LED显示器有多种结构形式，单段的圆形或方形LED常用来显示设备的运行状态，8段LED可以显示各种数字和字符，所以也称为LED数码管，其外形如图7-2所示。8段LED在控制系统中应用最为广泛，其接口电路也具有普遍借鉴性。因此，我们介绍8段LED数码管显示器。,8段LED显示器的结构与工作原理如图7-3所示

5、。它是由8个发光二极管组成，呈“日”字形，各段依次记为a、b、c、d、e、f、g、dp ，其中dp表示小数点（不带小数点的称为7段LED）。8段LED显示器有共阴极和共阳极两种结构，分别如图7-3（b）、（c）所示。共阴极LED的所有发光管的阴极并接成公共端COM，而共阳极LED的所有发光管的阳极并接成公共端COM。当共阴极LED的COM端接地，则某个发光二极管的阳极加上高电平时，如发光管a接+5V时，则a管有电流流过，因此a管被点亮。当共阳极LED的COM端接高电平，则某个发光管的阴极加上低电平时，如发光管b接地时，则b管有电流流过，因此b管被点亮。,8段LED通过不同段点亮时的组合，可以显

6、示09、AF等十六进制数。显然，将单片机的数据输出口与LED各段引脚相连，控制输出的数据就可以使LED显示不同的字符，如图7-4所示。通常把控制LED数码管发光显示字符的8位字节数据称为段选码或者字符译码，当段引脚dp a与单片机数据位D7 D0对应相连时，8段LED显示器的段选码如表7-1所示。现以共阴极段选码的3为例，3的段选码是十六进制的4FH，也就是二进制的01001111。结合图7-4（a）（b），段选码01001111即意味着单片机输出的数据使LED显示器dp、f、e段接地， g、d、c、b、a段接+5 V ，当COM端接地时，显示器就显示出数字3。就这样通过不同的段选码，就显示出

7、不同的相应字符来。,数码管共阳极的段选码恰好与共阴极的段选码相反，如共阳极数码管3的段选码B0H（10110000）是共阴极数码管3的段选码4FH（01001111）的反码。,需要注意的是，表7-1只是基于段引脚dp a与数据位D7 D0对应相连这一模式的，如果对应连线改变，则段选码也随之改变。 表7-1 8段LED显示器的段选码,7.1.2 LED显示器显示方式,在微机控制系统中，常利用N个LED显示器构成N位显示。通常把点亮LED某一段的控制称为段选，而把点亮LED某一位的控制称为位选或片选。根据LED显示器的段选线、位选线与控制端口的连接方式不同，LED显示器有静态显示与动态显示两种方式

8、，下面以4位共阴极LED为例进行说明。,1静态显示方式,4位LED静态显示电路如图7-5所示，4位LED显示器的所有COM端连接在一起并接地，每位LED的段选线dp a都各自与一个8位并行I/O口D7 D0相连。因此，单片机通过某I/O口对某位LED输出一次段选码之后，该位LED就能一直保持显示结果直到下次送入新的段选码为止。,例题7-1：说明4位共阴极LED静态显示3456数字的工作过程。 例题分析：现在让我们来看图7-5，当所有COM端连接在一起并接地时，首先由I/O口（1）送出数字3的段选码4FH即数据01001111到左边第一位LED的段选线上，阳极接受到高电平1的发光管g、d、c、b

9、、a段因为有电流流过则被点亮，则结果为左边第一位LED显示3；接着由I/O口（2）送出数字4的段选码66H 即数据01100110到左边第二位LED的段选线上，阳极接受到高电平1的共阴极发光管g、f、c、b段则被点亮，则结果为左边第二位LED显示4；同理，应由I/O口（3）送出数字5的段选码6DH即01101101到左边第三位LED的段选线上，则第三位LED显示5；由I/O口（4）送出数字6的段选码7DH即01111101到左边第四位LED的段选线上，则第四位LED显示6。,如果单片机不改送I/O口的段选码，则4位LED就一直保持显示3456数字。 这种静态显示的效果是每一位独立显示，同一时间

10、里每一位都能稳定地显示各自不同的字符。其缺点是电路中占用I/O口资源多，如4位LED显示器需要有4个8位并行口芯片，因而线路复杂、硬件成本高；又因为同时显示，所以功耗大，按每个发光二极管的工作电流是10 mA计，4位LED最大功耗为4810 mA=320mA电流。它的优点是占用单片机机时少，显示稳定可靠。因而在规模较大的实时控制系统中常用这种静态显示方式。,2动态显示方式,LED动态显示电路如图7-6所示，4位LED显示器所有位的段选线对应并连在一起，由一个8位I/O口（1）统一进行段选控制，而各位的COM端则由另一个I/O口（2）进行位选控制（共阴极LED送低电平而共阳极LED送高电平）。因

11、此，要显示不同的字符，只能由单片机通过两个I/O口依次轮流输出段选码与位选码，循环扫描LED，使其分时显示。,例题7-2：说明4位共阴极LED动态显示3456数字的工作过程。 例题分析：现在让我们来看图7-6，首先由I/O口（1）送出数字3的段选码4FH即数据01001111到4位LED共同的段选线上，接着由I/O口（2）送出点亮左边第一位LED的位选码0111到位选线上，因为4位LED的COM端分别连在I/O口（2）的D3、D2、D1、D0数据线上，所以高4位为无效的，是0或1都可，此时因为左边第一位LED的COM端接低电平0，因此只有左边第一位LED的发光管因阳极接受到高电平1的g、d、c

12、、b、a段有电流流过因而被点亮，也就是显示出数字3，而其余3位LED,不亮；显示一定时间后，再由I/O口（2）送出位熄灭信号1111使所有LED不亮，再由I/O口（1）送出数字4的段选码66H即 01100110到段选线上，接着由I/O口（2）送出点亮左边第二位LED的位选码1011到位选线上，此时因为左边第二位LED的COM端接地，因此只有左边第二位LED的发光管因阳极接受到高电平1的g、f、c、b段有电流流过因而被点亮，也就是显示出数字4，而其余3位LED不亮；如此再依次送出第三位LED、第四位LED的段选与位选的扫描代码，就能一一分别点亮各位LED，使4位LED从左至右依次显示3、4、5

13、、6。,这种动态显示利用了人的视觉惯性，虽然同一时间里只能显示一位，但通过不断地分时轮流显示，只要每位显示保持延时几ms，刷新周期不超过20ms，就可获得视觉稳定的显示效果。 这种显示方式的优点是占用I/O资源少，如4位LED显示器只需2个8位并行口芯片，因而线路简单、硬件成本低；又因为分时显示，所以功耗低，最大功耗不过是810 mA=80 mA电流。 但其缺点是需用软件程序不断地循环扫描定时刷新，因而占用了单片机的大多数机时。因此，动态显示方式只适用于小型测控系统，特别是专用于状态显示的数字仪器仪表中。,7.1.3 LED显示器接口电路,一个实际的微机控制系统，其LED显示电路除了要完成把字

14、符转换成对应的段选码的译码功能以外，还要完成数据锁存与驱动的功能。其中，译码功能可以通过硬件译码器完成，也可通过软件编程实现；而数据锁存与驱动只有依赖硬件电路来实现。结合上面讨论的两种显示方式，下面分别介绍硬件译码和软件译码的电路实例。,1硬件译码静态显示电路,该电路主要采用美国MOTOROLA公司制造的集锁存、译码、驱动功能为一体的集成电路芯片MC14495，MC14495能完成4位BCD码的输入到7段十六进 制数的译码锁存输出，并具有驱动能力。其内部结构与引脚如图7-7所示。 4位锁存器对D、C、B、A端输入的BCD码进行锁存，由选通端控制锁存，当=0时，允许输入数据，在=1时，将数据锁存

15、。输入译码电路将输入的BCD码00001001和10101111译成7段并通过驱动电路输出段选码g、f、e、d、c、b、a，以使7段LED数码管显示出0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F等16个字符。引脚h+i 为输入数据值指示端，当二进制数DCBA小于1010 时，h+i=0;,当二进制数DCBA大于1010时，h+i = 1。另外，当DCBA等于1111时，电路输出端 =0，DCBA为其它值时，为高阻。驱动器输出10mA电流，并有内部输出限流电阻，可直接与LED数码管相连接。,MC14495真值表如表7-2所示，输入4位BCD码，输出十六进制数。,在图7-5 LE

16、D静态显示方式的基础上，增加4片MC14495与1片3 - 8译码器74LS138，就构成了单片机与显示器的一种接口电路实例，如图7-8所示，它可以直接显示4位16进制数。 让我们简单分析一下电路：单片机P1.7与译码器控制端G1相连，当P1.7为高电平时，电路处于“开”显示状态，由P1.6、P1.5、P1.4的代码组合可以依次选通各位MC14495的，使P1.3 P1.0送出的BCD码在由低转高电平时被MC14495锁存并译码，输出的高电平用于驱动共阴极LED。由于MC14495内部带有驱动器与限流电阻，所以和LED显示器可直接连接。,例题7-3：编制一段接口程序，使该电路实现3456的静态

17、显示。 例题分析：设要显示的4位数3、4、5、6的BCD码依次存放在以DATA为首的4个RAM单元中的低四位，而高四位已全部清零。显示程序设计如下： MOV R0,DATA ；设置数据区首址 MOV A,R0 ；要显示的第一位BCD码送累加器A ADD A,#80H ；第一位译码器地址送累加器A中高四位 MOV P1，A ；累加器A中数据送P1口，第一位LED显示3,INC R0 ；数据区地址+1 MOV A,R0 ；要显示的第二位BCD码送累加器A ADD A,#90H ；第二位译码器地址送累加器A中高四位 MOV P1,A ；第二位LED显示4 INC R0 MOV A,R0 ADD A,

18、#B0H MOV P1,A ；第四位LED显示6,2软件译码动态显示电路,在图7-6 LED动态显示方式的基础上，可以增加2片锁存器也可以直接用单片机AT89C52的P2口与P1口分别进行段选与位选的锁存控制，如图6-9所示。在段选通道中再串有8个三极管以正向驱动LED的8个阳极，在位选通道中用1个达林顿阵列MC1413（含7个复合三极管）对LED的阴极COM端进行反向驱动，这就构成了单片机与显示器的一种动态接口电路实例。而译码扫描功能由软件编程来完成。,例题6-4：编制一段接口程序，使该电路实现3456的动态显示。 例题分析：先把要显示的4位数3、4、5、6分别送入单片机内部RAM 30H、

19、31H、32H、33H四字节单元中，然后把要显示的第一位数3转换为段选码，通过单片机P2口送到段选通道，再由P1口送出第一位的位选码到位选通道，从而第一位LED显示3；依次类推，使第二位LED、第三位LED和第四位LED分时显示4、5、和6。显示程序如下： MOV30H，#3 ；把RAM 30H置3 MOV31H，#4 ；把RAM 31H置4 MOV32H，#5 ；把RAM 32H置5 MOV33H，#6 ；把RAM 33H置6,DIS_1:；显示第一位LED MOV A,30H ；将30H中要显示的十进制数，通过查表转换为段选码 MOVDPTR,#TAB； MOVCA,A+DPTR MOVP

20、2,A ；把段选码送P2口 MOVP1,#01H ；送位选码选通第一 位LED DIS_2: ；显示第二位LED MOVA,31H ；原理说明同第一位 MOVDPTR,#TAB MOVCA,A+DPTR MOVP2,A MOVP1,#02H,DIS_3: ；显示第三位LED MOV A,32H ；原理说明同第一位 MOV DPTR,#TAB MOVCA,A+DPTR MOV P2,A MOV P1,#04H DIS_4: MOV A,33H ；第四位显示 MOV DPTR,#TAB ；原理说明同第一位 MOVCA,A+DPTR MOV P2,A MOV P1,#08H,TAB： DB3FH，0

21、6H，5BH，4FH；十进制的09对应的段选码。 DB66H，6DH，7DH，07H DB7FH，6FH END,3串行接口静态显示电路,上述两个电路都是使用单片机的并行I/O口输出显示数据的。在有些情形下，特别是应用低档型的只有20个引脚的AT89C2051时，除掉信号输入、信号输出、按键输入以及看门狗 WDT电路、复位电路等常规接口连线外，一般所剩只有几个I/O口线，数据的并行输出已不可能，这时可以考虑利用单片机的串行通信口来扩展数据的并行输出。,图7-10给出一个单片机串行口扩展的4位LED静态显示电路，该显示电路只使用单片机2051的三个端口P1.7、P3.0（RXD）、P3.1（TX

22、D），配以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AH为8位并行输出端；引脚DA、DB为串行输入端；引脚CLK为时钟脉冲输入端，在CLK 脉冲的上升沿作用下实现移位，在CLK =0、清除端 =1时，74LS164保持原来数据状态；=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LED显示器的段选端作静态显示。

23、,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LED字段不应有的闪烁。一般可在74LS164的输出端加接4片锁存器或三态门，也可以采用1片三端可调稳压器LM317T解决此问题。图中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。当串行输入开始时，使P1.7口线为高电平，三极管饱和导通使317T的脚1约为0.3V，脚2输出电压随之下降到1.5V不足以使共阳极LED 发光，故此时串行输入的影响不会反映到LED上；当全部串行输入结束后，再使

24、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2.0V使LED正常发光。这样便消除了数据串行输入过程造成的LED字段闪烁现象。,移位寄存器74LS164没有译码功能仅有串入并出作用。因此，LED要显示的系统字符必须通过软件查表译码法使要显示的数据转换成段选码 ，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。注意，本例中采用的是共阳极LED显示器，需要依据图中LED的段排列及其连线找到与之对应的段选码。 电路中4位LED可以分别显示百位、十位、个位、十分位，串行输入数据的顺序应先是十分位，然后个位、十位，最后为百位。相应的显示子程序流程图如

25、图7-11所示。,7.2 LCD液晶显示器,主要知识点: 7.2.1 LCD显示器结构原理 7.2.2 LCD显示器驱动方式 7.2.3 LCD显示器接口电路,LCD液晶显示器是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器，如图7-12所示。它具有功耗极低、体积小、抗干扰能力强、价格廉等特点，目前已广泛应用在各种显示领域，尤其在袖珍仪表和低功耗应用系统中，LCD已成为一种主导地位的显示器件。,7.2.1 LCD显示器结构原理,LCD(液晶显示器Liquid Crystal Display的英文缩写)是借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。液晶是一种介于液体与固体之间的热力学的中间稳

26、定相，在一定的温度范围内既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各向异性。 LCD器件的结构如图7-13所示，在上、下两片导电玻璃电极板之间封入液晶材料，液晶分子在上、下玻璃电极上呈水平排列，但排列方向互为正交，而电极间的分子呈连续扭转过渡，从而使光的偏振方向旋转90 o。当外部入射光线通过上偏振片后形成,偏振光，该偏振光通过平行排列的液晶材料后被旋转90 o，正好与下偏振片的水平偏振方向一致。因此，它能全面穿过下偏振片到达反射板，从而反射回来，使 显示器件呈透明状态。若上、下电极加上一定的电压后，电极部分的液晶分子转成垂直排列，失去旋光性，致使从上偏振片入射的偏振光不被旋转，即与下偏振片的水平偏

27、振方向垂直，因而被下偏振片吸收，无法到达反射板形成反射，所以呈现出黑色。据此，可将电极做成文字、数字或其它图形形状，通过施加电压就可以获得各种形态的黑色显示。,7.2.2 LCD显示器驱动方式,LCD的驱动方式一般有直接驱动（静态驱动）和多极驱动（时分割驱动）两种方式。采用直接驱动的LCD电路中，显示器件只有一个背极（即下玻璃电极基板），但每个字符段都有独立的引脚；而多极驱动的LCD电路中，显示器具有多个背极，各字符段按点阵结构排列，这是显示字段较多时常采用的驱动方式。 现以较简单的直接驱动方式为例加以说明。图714是单个字段的驱动电路及工作波形。图中LCD为液晶显示字段，用2个平行相对的电极

28、表示，当字段上两个电极的电压相位相同时，两电极的电位差为零，该字段不显示；当字段上两个电极的电压相,位相反时，两电极的电位差为单个电极电压幅值的2倍，该字段呈现黑色显示。由于直流电压驱动LCD会使液晶产生电解和电极老化，所以要采用交流电压驱动。一般把LCD的背极（公共端COM）连到一个异或门的输入端X，LCD的另一极连接异或门的输出端Z，工作时X端加上频率固定的方波信号，当控制端Y=“0”时，经异或后，Z端的电压将永远与X端相同，则LCD极板间的电位差为零，字段消隐不显示。当控制端Y =“1”时，Z端与X端电压反相位，则LCD极板间呈现反电压VXY，且为2倍的电压幅值，此时字段显示。可见该字段

29、是否显示完全取决于控制端Y。,图7-15为7段液晶显示器的电极配置及译码驱动电路，7个字段的几何排列顺序与LED的“日”字型相同。A、B、C、D为二进制BCD码的输入端，译码器的7段输出a、b、c、d、e、f、g引脚分别接7个字段驱动电路的控制端Y，公共端COM接一定周期的方波信号。7段LCD的译码及数字显示如表7-3所示，现以第1行为例加以说明。当D、C、B、A输入端接收到的BCD码为0000时，译码输出的7段a、b、c、d、e、f、g分别为1111110，图7-14告诉我们，当控制端为“1”时，字段显示，因而除了g字段不显示外，其余6个字段全都显示，即显示字符0。,7.2.3 LCD显示器

30、接口电路,1.硬件电路 同LED一样，LCD与单片机的显示接口电路也有多种。我们仍讨论上文的直接驱动方式，现以6位LCD静态显示电路为例，如图7-16所示。 LCD采用6位显示屏，它的译码驱动只需使用单片机的一个8位并行I/O口，配上1片单稳多谐振荡器4047、6片BCD7段译码驱动器4056、2片4位液晶显示驱动器4054和1片4-16译码器4514，就组成了一个完整的LCD显示接口电路。 6个LCD的背极COM端统一由4047构成的振荡电路提供方波信号，7段a、b、c、d、e、f、g 分别由6个4056的相应段驱动。4514虽为4-16译码器，本例将代码输入端 D,接地，只用代码输入端的A

31、、B、C，以使译码输出高电平有效的S0S7引脚轮流选通6个4056和2个4054，而代码输入端的A、B、C与单片机的P1.4、P1.5、P1.6相连，也是高电平有效的控制输入端IBT与P1.7连接，从而完成高电平输出的3-8译码功能。4056的4位输入BCD码由单片机的P1.3、P1.2、P1.1 、P1.0提供。这样，由单片机P1口的低4位输出LCD的段选码而由高4位输出位选码。另外，4054为4位液晶显示驱动器，4位入4位出，作为6个小数点驱动，所以需要添加2片4054。 由于4056、4054的锁存输出功能，使该电路称为静态显示电路。为了与液晶显示的低功耗相适应，全部芯片皆选用CMOS器

32、件。,2显示程序,设单片机内 RAM20H25H六个单元为显示缓冲区，每个单元字节的低4位依次存放要显示的4位BCD码，相应的显示驱动子程序如下： DISP： MOV R0，#20H ；显示缓冲单元首址送R0 MOV R3，#00H ；位选码（左边第1位）送R3 MOV R4，#06H ；位数（6位）送R4 LOOP： MOV A，R3 ；位选码送A SWAP A ；位选码转为高4位 MOV R2，A ；保存位选码（在高4位）,MOV A，R0 ；取显示BCD码 ORL A，R2 ；位选码（高4位）与BCD码（低4位）组合 ORL A，#80H ；ACC7置1 MOV P1，A ；输出组合码

33、ANL P1，#7FH ；清零P1.7位 ORL P1，#80H ；P1.7再置1 INC R3 ；指向下一位显示数 INC R0 ；指向下一位显示缓冲单元 DJNZ R4，LOOP ；6位未显示完返回 RET,如果需要显示小数点，则要给4054送显示小数点的相应数据。例如第三位要显示小数点，还需加入下列程序： MOV A，#64H ；高位0110将选中S6，低位0100将驱动第三位小数点 ORL A，#80H ；ACC7置1 MOV P1，A ；输出组合码 ANL PI，#7FH ；清零P1.7位 ORL PI，#80H ；P1.7再置1,除上面介绍的7段或8段LCD显示器之外，还有点阵式L

34、CD显示器件。点阵式LCD不但可以显示字符，而且可以显示各种图形及汉字。现在，随着液晶技术的突破，液晶显示器的质量有了很大的提高，品种也在不断推陈出新，不但有各种规格的黑白液晶显示器，而且还有绚丽多彩的彩色液晶显示器。在点阵式液晶显示器中，把控制电路与液晶点阵集成在一起，组成一个显示模块，可与8位微处理器接口连接。,7.3 图形显示器,主要知识点: 7.3.1 图形显示概述 7.3.2 图形显示画面,除了小型控制装置采用数字显示的LED和LCD外，大中规模的微机控制系统中，如图6-17所示的图形显示器已是必不可少的一种人机界面方式，它能一目了然地展示出图形、数据和事件等各种信息，以便操作者直观

35、形象地监视和操作工业生产过程。 这种方式的硬件接口技术十分成熟，其显示器及其控制电路已成为计算机控制的一种基本配置，而软件设计一般是借助于工控组态软件或高级语言如VB、VC等来完成的。,7.3.1 图形显示概述,常用的图形显示器有两种：CRT显示器和TFT平面显示器。 1.CRT显示器 CRT（阴极射线管Cathod Ray Tube的英文缩写）显示器由一个图形监示器和相应的控制电路组成。在工业计算机中，插入一块VGA/TVGA图形控制板即可实现功能很强的图象显示功能。目前，CRT显示方式因其硬件技术成熟、软件支持丰富、价格比较低廉而成为计算机控制系统中应用最多的一种图形显示技术，可以满足大部

36、分工业控制现场的一般性需要。,当用户要求显示系统的分辨率很高，或者要求显示速度很快时，一般的VGA/TVGA板就难以满足要求。这时，可以换用高性能的智能图形控制板和高分辨率的图形终端。智能控制板上含有图形显示控制器GDC，它不同于VGA/TVGA用软件作图，而是直接接收微处理器送来的图形命令并完成硬件作图任务。它具有丰富的画图命令：如点、线、矩形、多边形、圆、弧以及区域填充、拷贝、剪裁等操作。画图命令可直接使用X-Y坐标，画图和填充的速度也大为提高，还有窗口功能等。 由于智能图形终端的价格较高，一般只用于专门的使用场合。,CRT显示技术与其它显示方式相比，有如下优点： (1) 屏幕显示尺寸大，

37、一般为35cm(14in) 71cm(28in)； (2) 图像分辨率高，一般像素达到10241024，最高可达20002000或更高；(3) 显示颜色丰富、逼真，基色达256种，可扩展至25600种组合或更多； (4) 显示和刷新速度快，图像清晰且亮度高； (5) 允许工作温度范围广，可在-10 90之间正常工作。 CRT的缺点是体积与功耗大，易受振动和冲击，容易受射线辐射、磁场干扰，因此在恶劣工况下须采用特殊加固和屏蔽措施。,2.TFT显示器,为了克服CRT显示器的这些缺点，最近发展起来的新型TFT（薄膜晶体管Thin Film Transistor的英文缩写）LCD技术已开始应用到新型的

38、工业控制机中。这种TFT平面显示技术具有如下显著的特点： (1) 体积小，耗电省，如最薄的壁挂式机型厚度仅为5cm(2in)； (2) 可靠性高，寿命长，不易受振动、冲击和射线的干扰影响； (3) 显示颜色256种基色，可扩展至25600种组合。 其不足是目前这种平面显示终端的分辨率和平面尺寸尚不及CRT显示器。但随着TFT技术的进一步发展，它的性能价格比会进一步提高， 将会越来越多地应用到微机控制计算机系统中。,7.3.2 图形显示画面,采用图形显示器和键盘作人机接口终端, 可以直观形象地监视和操作工业生产过程。为此，必须设计出功能丰富、色彩多样的显示画面，既要反映出整个生产的工艺流程，又要

39、便于单元操作控制，既要有实时动态数据，又要有历史记忆功能。从而使得一台图形显示终端完全替代传统的仪表盘及其盘面上的调节器、指示仪、记录仪、报警仪、模拟屏以及开关按钮、指示灯等。 早期的系统设计者是用汇编语言来编写画面程序的，后来多采用功能强大的高级语言，现在的控制厂商陆续推出了人机对话式的系统组态软件，诸如美国的Intouch、Fix和德国的Wincc，国内的组态王、力控、MCGS和Controlx等。利用这些专用组态软件可以方便地组态成各种需要的显示画面。 常用的显示画面可以有总貌画面、分组画面、点画面、流程图画面、趋势曲线画面、报警显示画面、操作指导画面等等。,1总貌画面,当被控量或控制回

40、路较多时，操作员要逐个地监视判断各过程参数是否正常，并据此对控制回路进行操作是很困难的。为此，在总貌显示画面上用颜色、闪光或音响来最大限度地显示出多个控制回路的运行状态。 该画面一般用棒状图指示控制回路的偏差，用小方块指示控制回路的报警状态，每个棒图或方块的颜色表示1个工位点，一般8个工位点为一组，每幅画面可显示约40个组、320个点。,2分组画面,总貌显示画面中的每一组即8个工位点，对应一幅分组画面。以棒图或方块方式同时显示8个PID控制回路或开关状态；用数字、光柱表示被控量PV、给定值SP、偏差量DV和控制量OUT；用文字表示回路的的工位号或名称以及运行状态，如自动AUT、手动MAN、串级

41、CAS等。 在分组画面上，操作员可对控制回路进行必要的操作，如改变SP、OUT、AUT、MAN等。此时， 操作员可把每个显示回路当作一台虚拟的仪表调节器来操作，所以分组画面也称为控制画面。,3点画面,分组显示画面中的每一个工位点，对应一幅点显示画面。以棒图、曲线、文字三种方式显示该PID控制回路的各种参数，如被控量PV、 给定值SP、偏差量DV和控制量OUT、比例带P、积分时间I、微分时间D等；并用PV、SP和OUT三条趋势曲线表示回路的运行状态。 在点画面上，操作员可对该PID控制回路的各种参数进行调整， 所以点画面也称单回路显示画面或调整画面。,4流程图画面,原来的仪表控制系统的仪表盘上方都有一块用实物模型和发光体来模拟生产流程的大型模拟屏，以给操作人员直观形象的视觉。与此类似，计算机控制系统则用流程图画面来进行模拟显示。 流程图画面是用各种图素、文字和数据等组合而成，在一个