大尺寸數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)

1、大尺寸數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)時(shí)間：2009-03-24 09:27:51 來源：?jiǎn)纹瑱C(jī)與嵌入式系統(tǒng) 作者：江蘇省淮安市楚州區(qū)廣播電視局 徐道兵引 言 LED數(shù)碼管是單片機(jī)系統(tǒng)常用的顯示器件，1英寸以上的LED數(shù)碼管的每個(gè)字段都是由多個(gè)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(yuǎn)，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(dòng)電路提供較高的電壓和電流，可用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)方式驅(qū)動(dòng)。筆者設(shè)計(jì)的“廣電播控機(jī)房大尺寸綜合顯爾器”就是用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)大尺寸數(shù)碼管的方式實(shí)現(xiàn)的，本文給出的都是實(shí)際使用的電路。1 大尺寸數(shù)碼管特性

2、 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。AG7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2只發(fā)光二極管串聯(lián)而成。單個(gè)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(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)足動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)的脈沖電流最大值。JMS40011 D的AG字段的導(dǎo)通電壓為728V，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(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)2例 動(dòng)態(tài)扣描驅(qū)動(dòng)利用人眼的特性，分時(shí)進(jìn)行LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，人眼感受的是有效

3、亮度的平均值。其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)芯片少，電路簡(jiǎn)單，成本低。 擴(kuò)充電壓、電流的驅(qū)動(dòng)電路形式很多。圖2、圖3是“廣電播控機(jī)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(N1N6)組成，主控單片機(jī)為關(guān)國Atmel公司的AVR系列ATmegal6。主控單片機(jī)通過數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路在大尺寸數(shù)碼管上以一定時(shí)長分時(shí)顯示“時(shí)、分、秒”、“年”、“月、日”、“溫度”、“濕度”等信息。21 單片機(jī)完成掃描的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路 圖2電路中，單片機(jī)ATmegal6完成譯碼、動(dòng)態(tài)掃描等功能。74LS07是6同相電平轉(zhuǎn)換電路，輸出級(jí)是集電極開路的晶體管，耐壓30 V，驅(qū)動(dòng)電流30 mA，在ATmegal6PA0

4、PA5口電平控制下驅(qū)動(dòng)Q1Q6 PNP達(dá)林頓功率管TIPl27，實(shí)現(xiàn)6只共陽數(shù)碼管的字驅(qū)動(dòng)。ULN2803是8位NPN達(dá)林頓陣列，耐壓50 V，驅(qū)動(dòng)電流500 mA，這里用于ATmegal6 PCOPC7口數(shù)碼管段驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)充。任一時(shí)刻，只有1個(gè)數(shù)碼管得電，數(shù)碼管的陽極接SAlSA6，用于驅(qū)動(dòng)電壓取樣。 R1R8是大尺寸數(shù)碼管AG字段的限流電阻，電阻值和功率根據(jù)以下因素計(jì)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(gè)發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流。 本設(shè)計(jì)中，單個(gè)發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流為45 mA，供電電壓12 V，限流電阻選用33 ，O5

5、W規(guī)格。 本電路占用單片機(jī)的IO口較多，單片機(jī)要完成數(shù)碼管的譯碼、掃描等任務(wù)，負(fù)擔(dān)較重，但對(duì)一些小應(yīng)用來說是不錯(cuò)的選擇。22 專用芯片完成掃描的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路 后續(xù)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)增加了很多功能，單片機(jī)負(fù)擔(dān)加重，大尺寸數(shù)碼管顯示時(shí)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(dòng)、按鍵檢測(cè)等功能，以減輕單片機(jī)的資源占用，簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，效果很好，如圖3所示。 數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)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(jià)比較高。CH452L內(nèi)置時(shí)鐘振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)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(shí)還

6、可以進(jìn)行64鍵的鍵盤掃描。CH452L通過可以級(jí)聯(lián)的4線串行接口或者2線串行接口與單片機(jī)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(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。 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(dòng)4英寸數(shù)碼管，必須進(jìn)行擴(kuò)充，擴(kuò)充電路就是圖1。單片機(jī)將顯示的數(shù)據(jù)送給CH452L即可，由CH452L代替單片機(jī)完成澤碼和數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描等任務(wù)。3 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 3英寸以上的數(shù)碼管，單塊價(jià)格已超過單片機(jī)芯片。由于動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)，為了達(dá)到需要的亮度，每個(gè)LED所加的脈沖電流遠(yuǎn)大于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)的極限電流值。如果驅(qū)動(dòng)電路有故

7、障，長時(shí)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(yán)重衰減、壽命縮短、甚至損壞，因此要加必要的保護(hù)電路，如圖4所示。31 驅(qū)動(dòng)電路故障和危害 在上述驅(qū)動(dòng)擴(kuò)充電路中，如果段驅(qū)動(dòng)電路ULN2803損壞，只會(huì)出現(xiàn)顯示混亂現(xiàn)象，對(duì)大尺寸數(shù)碼管不造成傷害；如果字驅(qū)動(dòng)達(dá)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(huì)導(dǎo)通，數(shù)碼管也不會(huì)長時(shí)間過流。 如果字驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管TIPl27短路或者74LS07的某位對(duì)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(shí)間過流損傷，因此必須避免這種情況發(fā)生。在掃描空隙時(shí)，檢測(cè)數(shù)碼管的陽極電壓，就能發(fā)現(xiàn)這種故障。

8、32 故障檢測(cè)和保護(hù) 如圖4所示，在每個(gè)大尺寸數(shù)碼管的陽極進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電壓取樣，任一時(shí)刻只有1個(gè)數(shù)碼管的字驅(qū)動(dòng)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(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，送入單片機(jī)的PB口檢測(cè)。所有大尺寸數(shù)碼管通過繼電器K1的常閉觸點(diǎn)供電，K1受控于單片機(jī)的PA0口。 對(duì)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(cè)和保護(hù)代碼：顯示掃描函數(shù)開始監(jiān)測(cè)和保護(hù)的關(guān)鍵代碼示意，只用于說明取樣、保護(hù)、報(bào)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(duì)于圖3電路

9、，由于CH452L的第8個(gè)數(shù)碼管字選位DIG7未用，因此用DIG7作為取樣觸發(fā)信號(hào)(SSTART)觸發(fā)ATmegal6的中斷INTO，在中斷程序中加入上述監(jiān)測(cè)和保護(hù)代碼，即可完成采樣和保護(hù)功能。33 幾個(gè)要點(diǎn) 如果不具備圖2、圖3電路的取樣時(shí)機(jī)條件，可采取隨機(jī)讀取的方式。需要明確，任何時(shí)刻只有1個(gè)數(shù)碼管得電工作，多于1個(gè)即可認(rèn)為驅(qū)動(dòng)電路有致命故障發(fā)生。 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(hù)電路誤動(dòng)作。 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。 如果單片機(jī)IO口數(shù)量不足，可以用74LSl65(并行輸入轉(zhuǎn)串行輸出)等電路進(jìn)行取樣

10、電路擴(kuò)展。 對(duì)于由單片機(jī)完成掃描的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路，要注意防止因程序設(shè)計(jì)不合理或者死機(jī)對(duì)大尺寸數(shù)碼管造成的長時(shí)間過流損傷。專用數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤掃描控制芯片多由純硬件邏輯實(shí)現(xiàn)，不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。結(jié) 語 本文提及的大尺寸數(shù)碼管動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，筆者經(jīng)過產(chǎn)品實(shí)際驗(yàn)證過，價(jià)格低廉、性能可靠。其他類型的大尺寸數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路可參照此思路設(shè)計(jì)。在此拋磚引玉，希望對(duì)大家有所幫助。標(biāo)簽： uln2803uln2803驅(qū)動(dòng)成功今天上午的時(shí)候,又重新焊接了一塊萬能板,(現(xiàn)在喜歡直接焊接,方便修改,呵呵,不原意腐蝕電路板了) ,這次采用的方法是,單片機(jī)IO = 74hc245 = uln2803 ,接通之后,

11、電路工作正常了,由于是直接用萬能板上焊接的,只是畫了一下草圖,沒有畫電路圖,這里就不附圖了,把74hc245和uln2803 的連接方法給出來吧這個(gè)是 74hc245的管腳連接圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,右面是控制管腳的連接方法.下面的這個(gè)市uln2803的管腳圖,連接的時(shí)候,把9腳接地即可,10腳我懸空了,沒有處理( 也不知道對(duì)不對(duì)) 手冊(cè)上說明的是驅(qū)動(dòng)能力可以達(dá)到 500ma ,不知道是不是真的,應(yīng)該可以夠用了!系統(tǒng)分類: 單片機(jī)|用戶分類: 電子技術(shù)|來源: 原創(chuàng)|【推薦給朋友】|【添加到收藏夾】 閱讀(9558)|評(píng)論(17)|收藏(0)|舉報(bào)|最后修改于2009-10-1509:12投一票您將和

12、博主都有獲獎(jiǎng)機(jī)會(huì)！最新評(píng)論 蔡汝鑫 2007/7/21 10:34:10我是這樣連接的，位選用選通，段選接口，問題又出現(xiàn)了：我用的是動(dòng)態(tài)掃描，單個(gè)管子亮度足夠了，可是動(dòng)態(tài)掃描的時(shí)候，視覺上全亮的時(shí)候亮度就不夠了，是什么原因呀？這對(duì)電源要求高點(diǎn)，注意電流大小 蔡汝鑫 2007/7/21 10:33:03我是這樣連接的，位選用選通，段選接口，問題又出現(xiàn)了：我用的是動(dòng)態(tài)掃描，單個(gè)管子亮度足夠了，可是動(dòng)態(tài)掃描的時(shí)候，視覺上全亮的時(shí)候亮度就不夠了，是什么原因呀？這個(gè)是你是動(dòng)態(tài)掃描的時(shí)間可以再縮小，這樣就很亮了 蔡汝鑫 2007/7/21 10:31:46ULN2803是很好用的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，我畢業(yè)設(shè)計(jì)的驅(qū)

13、動(dòng)就是用他來的。10腳是一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源端，不接也可以，但給輸入短帶來負(fù)擔(dān)，要是接5V13V（15），很好用！ zl0801 2007/4/20 13:50:55動(dòng)態(tài)掃描都有這個(gè)缺點(diǎn)的 perry 2007/4/20 12:52:41我是這樣連接的，位選用選通，段選接口，問題又出現(xiàn)了：我用的是動(dòng)態(tài)掃描，單個(gè)管子亮度足夠了，可是動(dòng)態(tài)掃描的時(shí)候，視覺上全亮的時(shí)候亮度就不夠了，是什么原因呀？ zl0801 2007/4/19 16:41:00因?yàn)?是 共陽的數(shù)碼管， 只要控制位端接到vcc（一般不是單片機(jī)的vcc）用三極管就可以了 perry 2007/4/19 15:32:11那你的位選端是通過什么來

14、選擇的？三極管也就是說位選接一個(gè)的管子，段選接嗎？ peel 2007/4/12 11:34:03能不能上傳一下第二塊實(shí)驗(yàn)板的原理圖和pcb呢？因?yàn)槲乙鲆粋€(gè)4*4的矩陣鍵盤的單片機(jī)最小系統(tǒng)，謝謝先！呵呵 zl0801 2007/4/12 9:37:54uln2803 是為 吸入電流，從芯片手冊(cè)上也可以看出來，但是后面你說的就不對(duì)了，共陰數(shù)碼管是 公共端接低電平，段碼輸出高電平驅(qū)動(dòng)，共陽相反，照你的理解，你是想把uln2803作為位驅(qū)動(dòng) ？一般都是 把它作為 段碼驅(qū)動(dòng)的，所以采用共陽的管子 perry 2007/4/11 11:36:31unl2803驅(qū)動(dòng)電流最大500mA夠用了,其為達(dá)林頓管,僅提供吸入電流,也就是說必須使用供陰極數(shù)碼管.共陽的話怎么用呀？ perry 2007/4/11 10:41:48我用的是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)共陽的數(shù)碼管2003是驅(qū)動(dòng)段,還是驅(qū)動(dòng)位?驅(qū)動(dòng)位選通的話,數(shù)碼管的電壓怎么接呀? zl0801 2007/4/11 10:03:32你計(jì)算一下吧， 用8550驅(qū)動(dòng) 4寸的管子肯定不行的， 用達(dá)林頓管可以 ，比如tip127 137 之類的，建議用 uln2003 簡(jiǎn)單，布線方便 perry 2007/4/11 9:48:31請(qǐng)問你的數(shù)碼管是共陽還是共陰的？我