隨著計算機技術和電子技術的飛速發展和廣泛應用,電器設備的輸出顯示技術也變得復雜多樣,諸如CRT顯示、LCD顯示、多位LED顯示及發光二極管顯示等應運而生。在這些顯示當中,LED及發光二極管顯示電路較為簡單,成本也較低,在功能單一的儀器儀表與機電設備中應用較廣。但當設備顯示的點或位較多時,就需要采用一定的驅動電路與相應的驅動方式。
在LED的驅動和顯示單元的設計中,采用的方式有許多種:利用計算機芯片的端口作為LED的驅動口,并通過軟件編程加外部驅動實現,缺點是占用計算機芯片的時間和相關資源;利用專用接口芯片如Intel8155、8255等作為計算機芯片的端口擴展,并通過軟件編程加外部驅動實現,缺點是電路較復雜,功耗較大,也要占用計算機芯片的時間和相關資源;利用顯示用專用芯片如Intel8279、MAX7219、PS7219等,可實現較復雜的功能,但其占用計算機芯片端口還是較多,并且芯片價格較高。大多數顯示驅動器都沒有嚴格的總線時序,在強干擾環境下容易造成時序混亂,使顯示不正常。本文討論的LED顯示方案是利用Philips公司的LPC系列單片機芯片的電路特性,從另一種形式來定制專用的LED顯示驅動控制器芯片。主要利用基于I2C總線的通訊接口,使連接可靠;且基于軟件編程控制顯示,使顯示方式及種類多樣。由于LPC系列芯片的端口驅動能力較強,一般的LED可直接連接,在不外加元件的情況下,可實現多位LED或大量發光二極管的顯示,與其它芯片連接時,占用的I/O口較少。
1 4位7段LED顯示器
通常的4位LED顯示器如圖1所示,其內部由多只發光二極管構成,按連接方式不同可分為共陽極LED與共陰極LED。其電路特性基本一致:發光二極管導通壓降為1.2V～1.8V、正向工作電流為2mA～15mA。在顯示驅動方式中,采用動態掃描。當掃描到n1～n4公共端時,LED驅動器分別對應輸出a～dp的顯示段,LED就能正常顯示。在自定制LED顯示驅動器芯片中,LPC系列中的P87LPC762單片機芯片具有較好的端口設置與較強的內部功能,因此可以通過編程設置其引腳功能作為LED顯示器的驅動芯片。
圖1 4位LED顯示器
2 定制4位7段LED顯示驅動器芯片
要實現4位7段LED的顯示,只要使流過發光二極管每段的電流達到要求就可以了。在這里選用Philips公司LPC系列的P87LPC762單片機實現顯示驅動電路。P87LPC762是一款增強型51系列的單片機,除具有一般單片機的功能外,還具有驅動LED的性能:
·I/O口具有上拉輸出模式或開漏輸出模式設置,可作為共陰極或共陽極LED的段輸出與位輸出。
·具有較大的端口拉電流或灌電流,內部有短路保護功能,可實現LED的電流驅動。
·當設計4位LED驅動器時,芯片其余引腳可作I2C總線地址設置、LED的極性選擇。
·內部有2K的OPT,可作為程序存儲器,用以實現接口與顯示程序化。
·自帶I2C硬件接口,便于接口編程與多芯片連接。
·內部看門狗與內部復位,可提高驅動顯示的可靠性。
·內部設有RC振蕩器,減少了外部元件。
P87LPC762芯片的引腳功能如圖2所示。它有三個端口:Port0、Port1、Port2。當選擇內部振蕩和內部復位時,最大的I/O端口數目可達到18個。大多數端口均可以通過軟件配置成準雙向、上拉、輸入、開漏輸出四種類型之一。對于上拉輸出模式,P87LPC762在標準的準雙向口基礎上增加了第三只三極管以提供強上拉功能,在高電平時可輸出很大的拉電流;對于開漏輸出模式,端口對外可提供很大的灌電流;對于輸入模式,端口引腳電平由外部電壓決定。
根據4位動態LED的顯示特性,在此對P87LPC762的端口作定義,定義引腳如表1所示。P0.0～P0.7作為4位LED的段輸出,根據LED極性不同,端口可設為上拉輸出或開漏輸出;P1.0、P1.1、P1.6、P1.7作為4位LED的位輸出,根據LED極性不同,端口可設為開漏輸出或上拉輸出;P1.5作為LED的極性選擇,設置為輸入模式;P2.1、P2.0、P1.4作為I2C總線外部地址,便于多芯片連接時對I2C總線地址設定,設置為輸入模式;P1.2、P1.3保持I2C總線接口功能不變。定義后的芯片引腳如圖3所示。
圖2 P87LPC762芯片原引腳功能
圖3 P87LPC762新定制芯片引腳定義
要實現以上的芯片設置,P87LPC762的部分內部特殊功能寄存器及引腳設置如表2所示。PxMx為端口模式設置,配合LED極性進行選擇。UCFG1為芯片系統配置字,在芯片編程時需寫入,在程序運行后便不可以設置了。當配置字為FBH時,其意義為:啟動看門狗、內部復位、復位后口線為高電平、欠壓電壓為2.5V、六個Clock時鐘,內部RC振蕩器。
3 定制6位“米”字段LED顯示驅動器芯片
通常,1位“米”字段LED顯示器外形圖如圖4所示,其內部由多只發光二極管構成。如要組成6位“米”字段LED顯示器,需將相同的段、位分別連接起來,每位公共端引出以便進行動態掃描。根據發光二極管連接極性不同,可分為共陽極與共陰極兩種方式。6位“米”字段LED顯示器由于輸出段、位較多,可選用LPC系列的P89LPC932芯片實現顯示驅動電路,其引腳為28腳封裝,最大的I/O端口數目可達到26個,功能引腳如圖5所示。P89LPC9 |
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