大尺寸LED數(shù)碼顯示驅(qū)動電路設(shè)計與應(yīng)用
掃描二維碼
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Maxim公司的MAX7219芯片用于動態(tài)掃描顯示驅(qū)動,芯片內(nèi)有可存儲顯示信息的8x8靜態(tài)RAM、動態(tài)掃描電路以及段、位驅(qū)動器。它與通用微處理器有3根串行線相連,最多可驅(qū)動8個共陰數(shù)碼管或64個發(fā)光二極管。采用MAX7219芯片實現(xiàn)LED數(shù)碼顯示,具有電路緊湊、可節(jié)省CPU的I/O接口、芯片功能強(qiáng)大、編程簡單等優(yōu)點(diǎn),得到了廣大電路設(shè)計者認(rèn)可。然而MAX7219的工作電壓為5 V,共陰極LED顯示驅(qū)動,只適用于3.5 V以下電壓驅(qū)動的LED數(shù)碼管,限制了其使用范圍。
本文提出一種基于MAX7219芯片,具有擴(kuò)展驅(qū)動能力的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 電路器件功能簡介
1.1 MAX7219功能簡介
MAX7219為24引腳芯片,如圖1所示。有+5 V電源和2個GND引腳;DIG 0~DIG 7引腳為8位數(shù)字驅(qū)動線,輸出位選信號;SEG A~SEG G和SEG DP引腳為LED 7段驅(qū)動線和小數(shù)點(diǎn)線,供給顯示器驅(qū)動電流;SET引腳外接電阻調(diào)整LED顯示亮度;DIN(數(shù)據(jù)輸入端)、CLK(時鐘輸入端)、LOAD(鎖存信號)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)部硬件動態(tài)掃描顯示控制電路作用下實現(xiàn)動態(tài)顯示。對MAX7219的控制操作很方便,其片內(nèi)具有8個位寄存器和6個控制寄存器。位寄存器對應(yīng)LED的具體顯示內(nèi)容,控制寄存器決定LED的工作方式??刂萍拇嫫鞣謩e為:不工作方式寄存器、譯碼方式寄存器、亮度控制寄存器、掃描個數(shù)寄存器、關(guān)閉寄存器、顯示測試寄存器。寄存器的操作格式為2字節(jié)的串行數(shù)據(jù),第一個字節(jié)為寄存器地址,第二個字節(jié)為控制命令或待顯示數(shù)據(jù)。
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1.2 ULN2803驅(qū)動電路
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)動器,廣泛應(yīng)用于計算機(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,引腳11~18為對應(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)動電流可達(dá)500 mA,引腳10為COM端,當(dāng)上掛電阻性負(fù)載時,引腳10開路;當(dāng)上掛電感性負(fù)載時,引腳10接負(fù)載電源,構(gòu)成在每個感性負(fù)載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管以防止反電勢擊穿器件。
圖2 ULN2803管腳連接[!--empirenews.page--]
1.3 大尺寸數(shù)碼管特性
圖3是型號80011B共陽高亮紅色8英寸數(shù)碼管各字段的組成。A~G 7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(diǎn),由3只發(fā)光二極管并聯(lián)而成。單個發(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)是動態(tài)驅(qū)動時的脈沖電流最大值。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)動電路設(shè)計
2.1 電路組成與原理
MAX7219工作時,在內(nèi)部硬件動態(tài)掃描顯示控制電路作用下,實現(xiàn)動態(tài)顯示。DIG0~DIG7引腳接8位數(shù)碼管的公共端,其信號時序見圖4。當(dāng)輸出數(shù)碼管位選信號DIG0~DIG7某位為低電平時,段碼線SEGA~SEGG和SEGDP輸出數(shù)據(jù)為所要顯示段碼,并驅(qū)動共陰極LED,實現(xiàn)8位數(shù)碼管動態(tài)循環(huán)顯示。
圖4 DIG0~DIG7引腳信號時序[!--empirenews.page--]
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;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片選信號某一位是低電平時,數(shù)據(jù)總線D0~D7為對應(yīng)的段碼數(shù)據(jù);當(dāng)片選信號11(CP)腳有一個上升沿,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片選低電平信號循環(huán)掃描,將要顯示的數(shù)據(jù)段碼,分別送入對應(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,實現(xiàn)對數(shù)碼管的驅(qū)動顯示。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,ULN2803驅(qū)動數(shù)碼管對應(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)部硬件動態(tài)掃描顯示控制電路作用下,實現(xiàn)LED數(shù)碼管動態(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)動信號,當(dāng)MAX7219動態(tài)掃描完成一個周期后,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)動數(shù)碼管顯示。電路實現(xiàn)MAX7219間歇工作,只有在數(shù)碼管顯示改變的情況下,啟動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PWM,控制PMOS管,調(diào)整數(shù)碼管供電電壓,實現(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)動電路,保留MAX7219的使用優(yōu)點(diǎn)的同時,實現(xiàn)了在顯示電路作用下的大尺寸數(shù)碼管的動態(tài)顯示,另外驅(qū)動電路可通過微處理器輸出的脈寬調(diào)制信號PWM,實現(xiàn)數(shù)碼管得兩度可調(diào)。經(jīng)實驗測試證明該電路工作性能穩(wěn)定,具有很高的實用價值。