大尺寸LED數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
本文提出一種基于MAX7219芯片,具有擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)能力的LED數(shù)碼顯示電路。主要應(yīng)用在大尺寸、高亮度LED數(shù)碼管的顯示電路。
1 電路器件功能簡(jiǎn)介
1.1 MAX7219功能簡(jiǎn)介
MAX7219為24引腳芯片,如圖1所示。有+5 V電源和2個(gè)GND引腳;DIG 0~DIG 7引腳為8位數(shù)字驅(qū)動(dòng)線,輸出位選信號(hào);SEG A~SEG G和SEG DP引腳為LED 7段驅(qū)動(dòng)線和小數(shù)點(diǎn)線,供給顯示器驅(qū)動(dòng)電流;SET引腳外接電阻調(diào)整LED顯示亮度;DIN(數(shù)據(jù)輸入端)、CLK(時(shí)鐘輸入端)、LOAD(鎖存信號(hào))引腳,構(gòu)成與通用微處理器3線串行線相連,接收的數(shù)據(jù)和命令格式為16位數(shù)據(jù)包;DOUT引腳是串行數(shù)據(jù)輸出端口,用于多片MAX7219級(jí)聯(lián)擴(kuò)展顯示。
圖1 MAX7219的引腳分布
16位數(shù)據(jù)采用串行移位接收方式,即單片機(jī)將16位二進(jìn)制數(shù)逐位發(fā)送到DIN端。在CLK上升沿到來前準(zhǔn)備就緒,CLK的每個(gè)上升沿將一位數(shù)據(jù)移入MAX7219內(nèi)移位寄存器,當(dāng)16位數(shù)據(jù)移入完畢,在LOAD引腳信號(hào)上升沿將16位數(shù)據(jù)裝入MAX7219內(nèi)的相應(yīng)位置,在MAX7219內(nèi)部硬件動(dòng)態(tài)掃描顯示控制電路作用下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。對(duì)MAX7219的控制操作很方便,其片內(nèi)具有8個(gè)位寄存器和6個(gè)控制寄存器。位寄存器對(duì)應(yīng)LED的具體顯示內(nèi)容,控制寄存器決定LED的工作方式。控制寄存器分別為:不工作方式寄存器、譯碼方式寄存器、亮度控制寄存器、掃描個(gè)數(shù)寄存器、關(guān)閉寄存器、顯示測(cè)試寄存器。寄存器的操作格式為2字節(jié)的串行數(shù)據(jù),第一個(gè)字節(jié)為寄存器地址,第二個(gè)字節(jié)為控制命令或待顯示數(shù)據(jù)。
1.2 ULN2803驅(qū)動(dòng)電路
ULN2803是摩托羅拉公司生產(chǎn)的具有高電壓、大電流的8路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器,廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。管腳連接見圖2所示,引腳1~8為8路輸入端,TTL電平驅(qū)動(dòng),引腳11~18為對(duì)應(yīng)的8路集電極開路輸出口,上掛負(fù)載,最大工作電壓50 V,驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)500 mA,引腳10為COM端,當(dāng)上掛電阻性負(fù)載時(shí),引腳10開路;當(dāng)上掛電感性負(fù)載時(shí),引腳10接負(fù)載電源,構(gòu)成在每個(gè)感性負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管以防止反電勢(shì)擊穿器件。
圖2 ULN2803管腳連接
1.3 大尺寸數(shù)碼管特性
圖3是型號(hào)80011B共陽高亮紅色8英寸數(shù)碼管各字段的組成。A~G 7個(gè)段都是由8只發(fā)光二極管串、并聯(lián)而成;DP是小數(shù)點(diǎn),由3只發(fā)光二極管并聯(lián)而成。單個(gè)發(fā)光二極管的正向電壓標(biāo)準(zhǔn)值為2.1 V,極限值為2.5 V;正向電流標(biāo)準(zhǔn)值為20 mA,峰值為100 mA;功耗40 mW。正向電流If(20 mA)是長時(shí)間靜態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)的電流最大值,如果超過此值,將導(dǎo)致數(shù)碼管壽命下降,甚至損壞。峰值電流Ipeak(100 mA)是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)的脈沖電流最大值。80011B的A~G字段的導(dǎo)通電壓為10.5~12.5 V,單管脈沖電流一般選50 mA,超過50 mA后其亮度就不與電流成比例增加了。DP小數(shù)點(diǎn)要串接限流電阻,否則會(huì)造成發(fā)光二極管器件損壞。
圖3 80011B各字段的組成
2 大尺寸LED數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
2.1 電路組成與原理
MAX7219工作時(shí),在內(nèi)部硬件動(dòng)態(tài)掃描顯示控制電路作用下,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。DIG0~DIG7引腳接8位數(shù)碼管的公共端,其信號(hào)時(shí)序見圖4。當(dāng)輸出數(shù)碼管位選信號(hào)DIG0~DIG7某位為低電平時(shí),段碼線SEGA~SEGG和SEGDP輸出數(shù)據(jù)為所要顯示段碼,并驅(qū)動(dòng)共陰極LED,實(shí)現(xiàn)8位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)循環(huán)顯示。
圖4 DIG0~DIG7引腳信號(hào)時(shí)序
圖5為8位共陽LED數(shù)碼顯示電路,圖中MAX7219引腳DIG0~DIG7位碼線分別接8片74LS273鎖存器11(CP)腳鎖存控制端,相當(dāng)于片選信號(hào);段碼線SEGA~SEGG和SEGDP以數(shù)據(jù)總線形式接在8片74LS273觸發(fā)器器的D0~D7輸入端;當(dāng)DIG0~DIG7片選信號(hào)某一位是低電平時(shí),數(shù)據(jù)總線D0~D7為對(duì)應(yīng)的段碼數(shù)據(jù);當(dāng)片選信號(hào)11(CP)腳有一個(gè)上升沿,立即鎖存輸入腳的電平狀態(tài),并立即呈現(xiàn)在輸出腳Q0~Q7上鎖存:DIG0~DIG7片選低電平信號(hào)循環(huán)掃描,將要顯示的數(shù)據(jù)段碼,分別送入對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器鎖存。
圖5 8位共陽LED數(shù)碼顯示電路
ULN2803接收74LS273鎖存器輸出信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)顯示。ULN2803集電極開路輸出口上掛共陽數(shù)碼管的段碼引腳,共陽數(shù)碼管公共引腳接電源正極。當(dāng)74LS273鎖存器輸出高電平時(shí),ULN2803驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)段碼亮,反之滅。
2.2 電路幾點(diǎn)說明
1)數(shù)碼管顯示方式
MAX7219在內(nèi)部硬件動(dòng)態(tài)掃描顯示控制電路作用下,實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。在本電路中采用74LS273觸發(fā)器鎖存各數(shù)碼管的段碼驅(qū)動(dòng)信號(hào),當(dāng)MAX7219動(dòng)態(tài)掃描完成一個(gè)周期后,可通過微處理器,控制MAX7219工作在休眠狀態(tài),即不工作方式。此時(shí)數(shù)碼管為靜態(tài)顯示方式,通過74LS273鎖存的數(shù)據(jù),由ULN2803驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。電路實(shí)現(xiàn)MAX7219間歇工作,只有在數(shù)碼管顯示改變的情況下,啟動(dòng)MAX7219工作,完成數(shù)據(jù)更新鎖存后,進(jìn)入不工作狀態(tài),以節(jié)省功耗。
2)數(shù)碼管亮度控制
圖5中的數(shù)碼管供電電壓為最大電壓12.5 V,通過微處理器輸出脈寬調(diào)制信號(hào)PWM,控制PMOS管,調(diào)整數(shù)碼管供電電壓,實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管亮度控制。由于數(shù)碼管供電電壓為最大允許電壓,提高了數(shù)碼管工作的安全系數(shù),采用占空比調(diào)整數(shù)碼管亮度,可靠、方便。同時(shí)取消了A~G字段的限流電阻,降低了功耗。
3 結(jié)束語
基于MAX7219芯片的大尺寸LED數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)電路,保留MAX7219的使用優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了在顯示電路作用下的大尺寸數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示,另外驅(qū)動(dòng)電路可通過微處理器輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)PWM,實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管得兩度可調(diào)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明該電路工作性能穩(wěn)定,具有很高的實(shí)用價(jià)值。
評(píng)論