CN104077990B - 采用时分复用技术的led数码管显示及按键控制芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片。本发明的采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片对LED数码管或LED发光管阵列进行组合连接后，优化传统的LED数码管显示驱动控制系统成本,同时优化按键控制的抗干扰性能以及按键动作期间相应发光段显示微亮问题;本发明采用时分复用技术，将数码管或LED发光管阵列进行共阴共阳组合连接后，对其进行时分控制,同时，各显示输出引脚被时分复用为按键扫描输出，实现（N+V）*M的组合按键控制功能，（M为组合按键输入引脚数）;本发明采用独立的按键输入引脚，摈弃传统的DIG引脚作为按键输入复用时，原理上无可避免的高阻状态或按键动作时相应发光显示段微亮的问题，提高按键的抗干扰性能。

Description

采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片

技术领域

本发明涉及一种采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片。

背景技术

传统的数码管或LED发光管阵列显示驱动，因受传统的数码管封装技术思路约束，需要较大的驱动引脚接口进行控制。以本发明所能达到的驱动N位P段数码管或N*P发光管显示阵列为例，则至少需要N+P个控制引脚。太多的输出引脚，将使控制芯片的晶圆面积增加，封装成本高。传统LED数码管的显示驱动与按键控制芯片，大多采用DIG引脚作为按键输入复用，原理上无可避免的高阻状态，对按键控制的抗干扰性能极其不利，而如果不采用高阻状态，则会有按键动作区间相应发光显示段微亮的问题。因此，综合以上因素，有必要进行一番改革创新。

发明内容

本发明的的任务是提供采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片。本发明的任务通过如下技术实现：

本发明所述的芯片内设有二线式串行接口模块、命令译码器、辉度调节模块、时分复用显示控制模块、控制锁存器、按键控制模块、显示驱动控制模块以及加密模块；同时内置有振荡电路、复位电路。二线式串行接口模块与命令译码器以及加密模块相连、命令译码器的输出端与辉度调节模块、时分复用显示控制模块的输入端相连；辉度调节模块的输出端与控制锁存器输入端相连，辉度调节模块的输入端与命令译码器的输出端相连接;时分复用显示控制模块的输入端与命令译码器输出端相连；时分复用显示控制模块的输出端与控制锁存器的一个输入端相连;控制锁存器的另一个输入端与按键控制模块的输出端相连；控制锁存器的输出端与显示驱动控制模块的一个输入端相连,显示驱动控制模块的另一个输入端与按键盘控制模块的输出端相连；显示驱动控制输出DIG1-DIG(N)(DIG为位显示驱动引脚,N为显示位数）及S1-S(V)（S为时分复用段显示驱动引脚,V为所需的引脚数,V=P/2，若V不整除，则加1处理）;外部按键输入引脚K1～KM（M为按键控制模块的M个输入端）；按键控制模块的输出端与命令译码器的输入端相连。

与现有技术比较,本发明对现有的LED数码管显示驱动与按键控制芯片进行改进，提供一种创新思路，对LED数码管或LED发光管阵列进行组合连接后，优化传统的LED数码管显示驱动控制系统成本。同时优化按键控制的抗干扰性能以及按键动作期间相应发光段显示微亮问题。本发明采用时分复用技术，将数码管或LED发光管阵列进行共阴共阳组合连接后，对其进行时分控制。同时，各显示输出引脚被时分复用为按键扫描输出，实现（N+V）*M的组合按键控制功能，（M为组合按键输入引脚数）。本发明采用独立的按键输入引脚，摈弃传统的DIG引脚作为按键输入复用时，原理上无可避免的高阻状态或按键动作时相应发光显示段微亮的问题，提高按键的抗干扰性能。

本发明具有如下优点:

1.本发明时分复用技术，可优化芯片接口引脚数量。

2.本发明内置加密模块，为系统应用提供身份验证功能。

3.本发明采用接口按键时分复用技术，并采用独立按键输入引脚，提高按键抗干扰性能，同时解决按键动作区间相应发光显示段微亮问题

4.本发明内置8级辉度调节电路，适用不同尺寸数码管显示应用，灵活性高

5.本发明内置上拉电阻，同时内置振荡电路、上电复位电路，外部除了按键及显示元件外，无任何其它外围元件，进一步优化系统成本。

6.本发明的二线串行接口内置电平转换电路，可实现与3.0～5V内不同上位机接口电平兼容通信。

附图说明

图1为传统的共阴或共阳数码管或LED发光管阵列接线图。

图2为本发明实例所用数码管或LED发光阵列接线图。

图3为本发明芯片的内部结构框图。

图4为本发明实施例的显示驱动及按键控制时序图，图中时序说明如下：

【DIG-1】表示对第1位数码管的显示驱动控制时序

【1-1】表示对第1位数码管的共阳显示组进行显示控制时序

【1-2】表示对第1位数码管的共阳显示组进行显示控制时序

【DIG-N】表示对第N位数码管的显示驱动控制时序

【N-1】表示对第N位数码管的共阳显示组进行显示控制时序

【N-2】表示对第N位数码管的共阳显示组进行显示控制时序

【KO-1】表示第一行按键扫描输出控制时序

【KO-M】表示第M行按键扫描输出控制时序

【K-1】表示第1列按键扫描输出时序

【K-P】表示第P列按键扫描输出时序

图5为本发明实施实例的一种16脚封装芯片的管脚定义及封装排序示意图。

具体实施方式

以下结合附图的具体实施例对本发明进一步说明。（但不是对本发明的限制）。

如图1所示，为传统的共阴和共阳数码管或LED发光管阵列接线图，为1位*8段显示。共需N+P=1+8=9个控制引脚，而图2为本发明实例所用数码管或LED发光阵列接线图，可以看出同样1位8段显示控制，只需N+V=1+4=5个控制引脚。可节省上位机控制芯片4个控制引脚数，同时也节省同数量的数码管封装引脚数，全方位节约系统成本。

图3为本发明芯片的内部结构框图，本发明所述的芯片内设有二线式串行接口模块、命令译码器、辉度调节模块、时分复用显示控制模块、控制锁存器、按键控制模块、显示驱动控制模块以及加密模块；同时内置有振荡电路、复位电路。芯片内部各模块连接如下：

【a】二线串行接口模块:二线式串行数据信号DIO和时钟信号CLK通过二线串行接口模块与命令译码器、加密模块相连，模块间的通信为双向通信;

【b】命令译码器：命令译码器的输出端与辉度调节模块、时分复用显示控制模块的输入端相连；命令译码器的输入按键控制模块端相连；命令译码器与二线式串行接口模块连接，模块间的通信为双向通信;

【c】辉度调节模块：辉度调节模块的输出端与输出锁存器输入端相连，辉度调节模块的输入端与命令译码器的输出端相连接;

【d】时分复用显示控制模块：时分复用显示控制模块的输入端与命令译码器输出端相连；时分复用显示控制模块的输出端与输出锁存器的输入端相连;

【e】控制锁存器：控制锁存器的一个输入端与时分复用显示控制模块的输出端相连接，另一个输入端与按键控制模块的输出端相连；控制锁存器的输出端与显示驱动控制模块的输入端相连;

【f】显示驱动控制模块：显示驱动控制模块的一个输入端与输出锁存器的输入端相连，另一个输入端与按键盘控制模块的输出端相连；显示驱动控制输出DIG1-DIG(N)(DIG为位显示驱动引脚,N为显示位数）及S1-S(V)（S为时分复用段显示驱动引脚,V为所需的引脚数,V=P/2，若V不整除，则加1处理）;

【g】按键控制模块：外部按键输入引脚K1～K（M）为按键控制模块的M个输入端；按键控制模块的一个输出端与命令译码器的输入端相连，另一个输出端与控制锁存器的输入端相连;

【h】加密模块：加密模块通过二线式串行模块接口，连接到DIO与CLK信号端，与上位机进行双向加解密通信;

【i】内置复位电路及振荡电路，为整个系统各模块提供时序参考及同步时钟。

本发明所述的采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片，提供M个按键输入引脚，可实现（N+V）*M个按键控制。采用独立的按键输入引脚，有利于按键的独立时序控制。摈弃传统的DIG引脚作为按键输入复用时，原理上无可避免的高阻状态或按键动作时相应发光显示微亮的问题，提高按键的抗干扰性能。

本发明所述的采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片，其特征在于，采用二线式串行接口，并在通信接口内置上拉电阻，上拉电阻采用CMOS阱电阻工艺，以提高电阻精度同时，减少与上位机不同接口电平通信时的相互干扰，加强接口电平兼容性。同时该芯片内置复位电路及振荡电路，进一步优化整机应用成本。

用于本发明的时分复用LED数码管显示及按键控制技术：

传统的LED数码管驱动显示，每个接口均为一对一驱动，同时段与位的驱动是独立的，因此需要较多的接口引脚。本发明采用创新的驱动思路，创新优化数码管或LED发光管阵列接线方式，优化数码管成本同时节省本发明芯片的驱动引脚数量，用于本发明的时分复用技术分述如下：

所述的采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片，将数码管或LED发光管阵列进行共阴共阳组合连接后，采用时分复用技术，对其进行时分控制。时分控制时序如图4所示：

图4为本发明实施例的显示驱动及按键控制时序图：

如图4所示，控制时序对每一位数码管进行分时扫描，从第一位数码管到第N位数码管（DIG-1到DIG-N）依序扫描控制；每一位数码管的控制时序内，包括共阳显示组控制时序和共阴显示组控制时序（如第一位的1-1、1-2和第N位的N-1、N-2等）。

显示时序后紧跟着按键扫描时序，按键扫描控制时序中分别对每一行输出引脚打开控制(如第一列的K-1和第M列的K-M）；每一行的控制时序中，分别从第一列到第P列依序扫描输出（如时序图中的KO-1到KO-P等）；显示时序期间，按键输入控制关闭。

以上为一个扫描周期，循环扫描控制，完成本发明的时分复用LED数码管显示及按键控制。

用于本发明的加密控制技术：

本发明内置加密模块，加密模块采用在多项式移位寄存器中设置多位输入控制点，以产生2的n次方个不同的多项式，不同的用户可以编程成不同的多项式，多项式在不同的条件下触发移位，且每一个多项式可以输出几万个数据不重复，以作为用户的身份验证。

用于本发明的8级辉度调节：

所述的采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片，通过增加3个显示寄存器状态位，以配置驱动显示输出电压波形的占空比，分别为：1/16、2/16、4/16、6/16、8/16、10/16、12/16、14/16共八级占空比输出，实现8级亮度调节。

通信接口及成本优化：

所述的采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片，其特征在于采用二线式串行接口，并根据实际应用经验，在通信接口内置上拉电阻，上拉电阻采用CMOS阱电阻工艺，以提高电阻精度同时，减少与上位机不同接口电平通信时的相互干扰，加强接口电平兼容性。同时本发明内置复位电路及振荡电路，进一步优化整机应用成本。

封装布局：

如图5所示的本发明实施实例的一种16脚封装芯片的管脚定义及封装排序示意图，所述的采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片，根据实际应用中PCB的布局布线需要，以及大多数显示面板PCB单面敷铜板选材需求，同时为提高应用时对数码管选择的灵活性，将各输出控制引脚的排序与传统数码管封装排序一致布局。并将串行信号引脚及电源引脚靠边排列布局，以提高关键信号的PCB布局通畅，减少单面PCB布线中跳线元件的用量，进一步优化成本。

如图5所述芯片的管脚定义如下表：

文字复述：

所述的采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制16引脚封装芯片，其特征在于DIG1-DIG6为LED位驱动引脚，接LED数码管的或发光管阵列的位公共引脚端,同时为按键扫描输出复用引脚,高电平输出有效；S1-S4为LED段驱动引脚，接LED数码管的或发光管阵列的各相应段引脚，同时为按键扫描输出复用引脚,接机械按键盘的输入端，高电平输出有效；K1、K2为按键输入端，接机械按键的输出端，高电平输入有效；SCL为二线串行通信时钟接口，在上升沿读取串行数据，下降沿输出数据；SDA为二线串行通信数据接口；VCC接系统电源3.0V～5.0V；GND接系统地。

以上只是本发明的实施例，凡熟悉此项技术人员，其依本发明所做的等同变更，均理应包含在本案申请专利范围内。

Claims (1)

1.采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片，所述的芯片内设有二线式串行接口模块、命令译码器、辉度调节模块、时分复用显示控制模块、控制锁存器、按键控制模块、显示驱动控制模块以及加密模块；同时内置有振荡电路、复位电路;二线式串行接口模块与命令译码器以及加密模块相连、命令译码器的输出端与辉度调节模块、时分复用显示控制模块的输入端相连；辉度调节模块的输出端与控制锁存器输入端相连，时分复用显示控制模块的输入端与命令译码器输出端相连；时分复用显示控制模块的输出端与控制锁存器的一个输入端相连;控制锁存器的另一个输入端与按键控制模块的输出端相连；控制锁存器的输出端与显示驱动控制模块的一个输入端相连,显示驱动控制模块的另一个输入端与按键盘控制模块的输出端相连；显示驱动控制输出DIG（1）-DIG(N);外部按键输入引脚K（1）～K（M）；按键控制模块的输出端与命令译码器的输入端相连,其特征在于，所述的采用时分复用技术的LED数码管显示及按键控制芯片，将数码管或LED发光管阵列进行共阴共阳组合连接后，采用时分复用技术，对其进行时分控制：

控制时序对每一位数码管进行分时扫描，从第一位数码管到第N位数码管依序扫描控制；每一位数码管的控制时序内，包括共阳显示组控制时序和共阴显示组控制时序;显示时序后紧跟着按键扫描时序，按键扫描控制时序中分别对每一行输出引脚打开控制；每一行的控制时序中，分别从第一列到第P列依序扫描输出，P为按键阵列的列数，显示时序期间，按键输入控制关闭;以上为一个扫描周期，循环扫描控制，完成时分复用LED数码管显示及按键控制。