當(dāng)前位置:首頁 > 電源 > 數(shù)字電源
[導(dǎo)讀]LED數(shù)碼管是單片機系統(tǒng)常用的顯示器件,1英寸以上的LED數(shù)碼管的每個字段都是由多個發(fā)光二極管串、并聯(lián)組成,在此稱為大尺寸數(shù)碼管。大尺寸數(shù)碼管雖然不能顯示漢字等復(fù)雜字符,但數(shù)字顯示效果好,可視距離遠,成本低,符合人的視覺習(xí)慣,有著廣泛的用途。其結(jié)構(gòu)特性要求驅(qū)動電路提供較高的電壓和電流,可用動態(tài)和靜態(tài)方式驅(qū)動。筆者設(shè)計的“廣電播控機房大尺寸綜合顯爾器”就是用動態(tài)驅(qū)動大尺寸數(shù)碼管的方式實現(xiàn)的,本文給出的都是實際使用的電路。

引 言
    LED數(shù)碼管是單片機系統(tǒng)常用的顯示器件,1英寸以上的LED數(shù)碼管的每個字段都是由多個發(fā)光二極管串、并聯(lián)組成,在此稱為大尺寸數(shù)碼管。大尺寸數(shù)碼管雖然不能顯示漢字等復(fù)雜字符,但數(shù)字顯示效果好,可視距離遠,成本低,符合人的視覺習(xí)慣,有著廣泛的用途。其結(jié)構(gòu)特性要求驅(qū)動電路提供較高的電壓和電流,可用動態(tài)和靜態(tài)方式驅(qū)動。筆者設(shè)計的“廣電播控機房大尺寸綜合顯爾器”就是用動態(tài)驅(qū)動大尺寸數(shù)碼管的方式實現(xiàn)的,本文給出的都是實際使用的電路。

1 大尺寸數(shù)碼管特性
    圖1是深圳佳美公司JM-S40O11D4英寸共陽高亮紅色數(shù)碼管各字段的組成。A~G7個段都是由8只發(fā)光二極管串、并聯(lián)而成;DP是小數(shù)點,由2只發(fā)光二極管串聯(lián)而成。單個發(fā)光二極管的極限和光電參數(shù)如表1所列。

否   正向電流If(20 mA)是長時間靜態(tài)驅(qū)動時的電流最大值,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)足動態(tài)驅(qū)動時的脈沖電流最大值。JM—S40011 D的A~G字段的導(dǎo)通電壓為7.2~8V,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。

2 動態(tài)驅(qū)動電路設(shè)計2例
    動態(tài)扣描驅(qū)動利用人眼的特性,分時進行LED數(shù)碼管驅(qū)動,人眼感受的是有效亮度的平均值。其優(yōu)點是驅(qū)動芯片少,電路簡單,成本低。
    擴充電壓、電流的驅(qū)動電路形式很多。圖2、圖3是“廣電播控機房大尺寸綜合顯示器”顯示部分的主要電路,由6只4英寸高亮紅色共陽數(shù)碼管(N1~N6)組成,主控單片機為關(guān)國Atmel公司的AVR系列ATmegal6。主控單片機通過數(shù)碼管驅(qū)動電路在大尺寸數(shù)碼管上以一定時長分時顯示“時、分、秒”、“年”、“月、日”、“溫度”、“濕度”等信息。

2.1 單片機完成掃描的動態(tài)驅(qū)動電路
    圖2電路中,單片機ATmegal6完成譯碼、動態(tài)掃描等功能。74LS07是6同相電平轉(zhuǎn)換電路,輸出級是集電極開路的晶體管,耐壓30 V,驅(qū)動電流30 mA,在ATmegal6PA0~PA5口電平控制下驅(qū)動Q1~Q6 PNP達林頓功率管TIPl27,實現(xiàn)6只共陽數(shù)碼管的字驅(qū)動。ULN2803是8位NPN達林頓陣列,耐壓50 V,驅(qū)動電流500 mA,這里用于ATmegal6 PCO~PC7口數(shù)碼管段驅(qū)動的擴充。任一時刻,只有1個數(shù)碼管得電,數(shù)碼管的陽極接SAl~SA6,用于驅(qū)動電壓取樣。
    R1~R8是大尺寸數(shù)碼管A~G字段的限流電阻,電阻值和功率根據(jù)以下因素計算:
    ◆大尺寸數(shù)碼管的供電電壓,各段的導(dǎo)通電壓;
    ◆TIPl27和ULN2803的導(dǎo)通壓降;
    ◆組成大尺寸數(shù)碼管的單個發(fā)光二極管的驅(qū)動電流。 
    本設(shè)計中,單個發(fā)光二極管的驅(qū)動電流為45 mA,供電電壓12 V,限流電阻選用33 Ω,O.5 W規(guī)格。
    本電路占用單片機的I/O口較多,單片機要完成數(shù)碼管的譯碼、掃描等任務(wù),負擔(dān)較重,但對一些小應(yīng)用來說是不錯的選擇。
2.2 專用芯片完成掃描的動態(tài)驅(qū)動電路
   
后續(xù)設(shè)計中,系統(tǒng)增加了很多功能,單片機負擔(dān)加重,大尺寸數(shù)碼管顯示時出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。增加專用芯片完成數(shù)碼管的掃描驅(qū)動、按鍵檢測等功能,以減輕單片機的資源占用,簡化程序設(shè)計,效果很好,如圖3所示。

[!--empirenews.page--]

    數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制芯片很多,作者選用的是南京沁恒電子有限公司生產(chǎn)的CH452L,其性價比較高。CH452L內(nèi)置時鐘振蕩電路,可以動態(tài)驅(qū)動1英寸以下的8位共陰數(shù)碼管或者64只LED,具有BCD譯碼、閃爍、移位、段位尋址、光柱譯碼等功能;同時還可以進行64鍵的鍵盤掃描。CH452L通過可以級聯(lián)的4線串行接口或者2線串行接口與單片機等交換數(shù)據(jù)。這里使用4線串行接口與ATmegal6連接,具有編程簡單、穩(wěn)定可靠的特點。
    CH452L的第17腳(H3L2)是接口模式選擇,接高電平為4線模式。
    CH452L也不能直接驅(qū)動4英寸數(shù)碼管,必須進行擴充,擴充電路就是圖1。單片機將顯示的數(shù)據(jù)送給CH452L即可,由CH452L代替單片機完成澤碼和數(shù)碼管的動態(tài)掃描等任務(wù)。

3 保護電路設(shè)計
    3英寸以上的數(shù)碼管,單塊價格已超過單片機芯片。由于動態(tài)掃描驅(qū)動電路的特點,為了達到需要的亮度,每個LED所加的脈沖電流遠大于靜態(tài)驅(qū)動時的極限電流值。如果驅(qū)動電路有故障,長時間將大電流加在數(shù)碼管上,將導(dǎo)致數(shù)碼管燒傷、亮度嚴重衰減、壽命縮短、甚至損壞,因此要加必要的保護電路,如圖4所示。

3.1 驅(qū)動電路故障和危害
   
在上述驅(qū)動擴充電路中,如果段驅(qū)動電路ULN2803損壞,只會出現(xiàn)顯示混亂現(xiàn)象,對大尺寸數(shù)碼管不造成傷害;如果字驅(qū)動達林頓管TIPl27斷路,只是相應(yīng)位的數(shù)碼管不顯示,也無傷害;如果74LS07某位斷路,TIPl27不會導(dǎo)通,數(shù)碼管也不會長時間過流。
    如果字驅(qū)動達林頓管TIPl27短路或者74LS07的某位對地短路,相應(yīng)位的大尺寸數(shù)碼管將一直得電,造成數(shù)碼管長時間過流損傷,因此必須避免這種情況發(fā)生。在掃描空隙時,檢測數(shù)碼管的陽極電壓,就能發(fā)現(xiàn)這種故障。
3.2 故障檢測和保護
   
如圖4所示,在每個大尺寸數(shù)碼管的陽極進行驅(qū)動電壓取樣,任一時刻只有1個數(shù)碼管的字驅(qū)動被掃描選中,即TIPl27導(dǎo)通。取樣電壓約為數(shù)碼管的供電電壓(這里是12 V),未選中的為0 V(TIPl27截止后的漏電流極小,相當(dāng)于完全關(guān)斷)。通過ULN2803進行電平轉(zhuǎn)換,送入單片機的PB口檢測。所有大尺寸數(shù)碼管通過繼電器K1的常閉觸點供電,K1受控于單片機的PA0口。
    對于圖2電路,在每一輪數(shù)碼管顯示掃描程序開始前加上以下監(jiān)測和保護代碼:
//顯示掃描函數(shù)開始
//監(jiān)測和保護的關(guān)鍵代碼示意,只用于說明取樣、保護、報警的編程思路


//原有數(shù)碼管掃描代碼開始
//選通第一位數(shù)碼管,輸出相應(yīng)代碼
    對于圖3電路,由于CH452L的第8個數(shù)碼管字選位DIG7未用,因此用DIG7作為取樣觸發(fā)信號(SSTART)觸發(fā)ATmegal6的中斷INTO,在中斷程序中加入上述監(jiān)測和保護代碼,即可完成采樣和保護功能。
3.3 幾個要點
    ①如果不具備圖2、圖3電路的取樣時機條件,可采取隨機讀取的方式。需要明確,任何時刻只有1個數(shù)碼管得電工作,多于1個即可認為驅(qū)動電路有致命故障發(fā)生。
    ②抗干擾:在取樣電路并接小容量電容,濾除雜波干擾;軟件采取多次采樣、表決方式,防止保護電路誤動作。
    ③取樣電路的電平轉(zhuǎn)換可以采取晶體管、光耦,甚至是電阻分壓的方式。
    ④如果單片機I/O口數(shù)量不足,可以用74LSl65(并行輸入轉(zhuǎn)串行輸出)等電路進行取樣電路擴展。
    ⑤對于由單片機完成掃描的動態(tài)驅(qū)動電路,要注意防止因程序設(shè)計不合理或者死機對大尺寸數(shù)碼管造成的長時間過流損傷。專用數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制芯片多由純硬件邏輯實現(xiàn),不會出現(xiàn)死機現(xiàn)象。[!--empirenews.page--]

結(jié) 語
    本文提及的大尺寸數(shù)碼管動態(tài)驅(qū)動和保護電路,筆者經(jīng)過產(chǎn)品實際驗證過,價格低廉、性能可靠。其他類型的大尺寸數(shù)碼管驅(qū)動、保護電路可參照此思路設(shè)計。在此拋磚引玉,希望對大家有所幫助。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉