CN104778916A - 一种全字符led数码管显示驱动电路 - Google Patents

一种全字符led数码管显示驱动电路 Download PDF

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陈向阳
李智
陈业英
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Abstract

本发明提供了一种全字符LED数码管显示驱动电路，与CPU通信连接，其包括：供电及通信接口、MCU、按键检测电路、位驱动电路、段驱动电路以及全字符LED数码管；供电与通信接口，实现CPU和MCU的通信及供电；MCU，用于根据CPU的指令在外围电路的配合下控制全字符LED数码管的显示，向CPU返回按键信息；按键检测电路，用于实现按键检测；位驱动电路和段驱动电路，分别与全字符LED数码管连接，用于实现全字符LED数码管的位驱动和段驱动。本发明实施例实现了全字符LED数码管显示，可支持多种状态标志显示，且采用了比较优化的通信控制协议，不仅满足了复杂场景的使用需求，而且成本低、功耗小。

Description

一种全字符LED数码管显示驱动电路
技术领域
本发明涉及LED数码管技术领域，尤其涉及一种全字符LED数码管显示驱动电路。
背景技术
很多电器的控制显示面板都带有LED数码管显示功能，用于显示时间，工作状态等信息。比较常用的都为七段LED数码管和简单工作指示标志如待机显示符。由于七段码的段数有限只能显示0～9，和个别的几个英文字符，典型的应用原理框图如图1所示。
对于一些复杂的应用如机顶盒的前控板用于显示英文节目信息，则无法满足应用要求。而这些应用还要求实时显示如信号强度，红外信号接收，WIFI标志，LAN标志，USB设备接入标志，Message标志等多达十几个显示标志。这些需求都是目前常用的七段LED数码管及其控制显示电路无法满足。
另外一种可实现全字符显示功能的技术方案是采用VFD屏及其驱动电路，这种电路可满足这种复杂场景的需求，但存在的问题是成本比较昂贵，功耗较大等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全字符LED数码管显示驱动电路，可实现全字符LED数码管显示和支持多种状态标志显示，提高降低成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种全字符LED数码管显示驱动电路，与CPU通信连接，其包括：供 电及通信接口、MCU、按键检测电路、位驱动电路、段驱动电路以及全字符LED数码管；
所述供电与通信接口，与所述CPU和MCU连接，实现两者的通信，并为所述MCU供电；
所述MCU，用于根据CPU的指令，在位驱动电路和段驱动电路的配合作用下控制全字符LED数码管的显示；还用于利用按键检测电路来检测按键信息并向CPU返回该按键信息；
所述按键检测电路，用于利用显示扫描间隙来实现按键检测；
所述位驱动电路，与全字符LED数码管连接，用于驱动全字符LED数码管的选择位的显示，并提供驱动电流；
所述段驱动电路，与全字符LED数码管连接，用于驱动全字符LED数码管对应段的显示，并提供驱动电流。
其中，所述MCU包括：
通信控制模块，与所述供电及通信接口连接，用于实现本MCU与CPU之间的通信；
显示控制模块，用于控制CPU显示信息到显示码之间的转换以及全字符LED数码管的定时刷新显示；
显示存储器，用于存放各种数据信息。
其中，所述位驱动电路的数量与全字符LED数码管的位数相同，与各位全字符LED数码管一一对应连接；所述段驱动电路的数量与全字符LED数码管的段数相同，与全字符LED数码管的各段一一对应连接。
其中，该驱动电路包括有11位所述全字符LED数码管，每位全字符LED数码管有14段。
其中，所述供电及通信接口与CPU之间采用串行通信方式。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明实施例实现了全字符LED数码管显示，可支持多种状态标志显示，且采用了比较优化的通信控制协 议，不仅满足了复杂场景的使用需求，而且成本低、功耗小。
附图说明
图1是现有技术中七段LED数码管显示原理框图；
图2是本发明提供的全字符LED数码管显示驱动电路原理图；
图3是本发明实施例中全字符LED数码管显示驱动电路具体设计图；
图4是本发明实施例中供电及通信接口的电路图；
图5是本发明实施例中MCU电路图；
图6是本发明实施例中按键检测电路图；
图7是本发明实施例中位驱动电路图；
图8是本发明实施例中段驱动电路图；
图9是本发明实施例中单元全字符LED数码管；
图10是本发明实施例中全字符LED数码管具体范例设计图；
图11是本发明实施例中全字符数码管范例原理图；
图12是本发明实施例中写操作时序图；
图13是本发明实施例中读操作时序图；
图14是本发明实施例中时序间隔说明图；
图15是本发明实施例中协议流程图。
图16是本发明实施例中全字符LED数码管真值表示意图。
图17是本发明实施例中范例数码管状态标志位真值表示意图。
图18是本发明实施例中帧结构示意图。
图19是本发明实施例中台号和名称示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图2，本发明提供的全字符LED数码管显示驱动电路主要包括以下组成部分：供电及通信接口、MCU、按键检测电路、位驱动电路、段驱动电路以及全字符LED数码管。
本实施例中，具体的电路图如图3所示，下面将结合附图对每个组成部分分别进行详细描述。
一、供电及通信接口
如图4所示，主要提供显示控制电路模块的供电，及与主控CPU的通信接口。
二、MCU
如图5所示，其配合其他外围电路及软件主要实现：
a.与主控CPU通信，解析CPU指令及数据，同时也可传送按键信息给CPU；
b.存储显示数据，显示译码功能及显示动态刷新；
c.定时检测按键，并存储按键信息，根据主控指令传送按键给主控CPU；
d.提供足够的IO口和驱动电流，配合外围电路实现数码管段驱动与位驱动。
三、按键检测电路
如图6所示，此按键检测电路采用高有效的方式，RXD KEY连接MCU的一个IO口并与每个按键的一端相连接用于检测按键是否按下，无按键按下时为低电平，有按键按下时为高电平；各个按键的另一端再分别连接MCU的对应IO口，按键扫描时，分别将对应的IO置高，有按键按下时RXD KEY对应的IO将检测到高电平，这样就可以判定哪个按键按下。为节省MCU的IO资源，按键所连接的IO与段驱动IO复用，利用显示扫描间隙来实现按键检测。
四、位驱动电路
如图7所示，位驱动电路主要用来选择动态显示时的数码管具体显示位，并提供驱动电流，本范例采用的共阴型的数码管，位选择时是对应的数码管位必须拉低并提供走够的电流。图中P10是连接MCU的一个IO口用于控制某位数码管的显示，Q1集电极连接数码管某位驱动脚，当P10置高时，Q1导 通选中对应的数码管位。位驱动电路根据数码管位数来配置，比如有11位的数码管必须配置11个位驱动单元电路，和11个MCU IO来控制。
五、段驱动电路
如图8所示，段驱动电路主要用来驱动全字符LED数码管对应某段的显示，并提供一定的驱动电流。本范例采用的是共阴型的数码管，段显示时对应MCU IO拉高通过限流电阻提供一定的驱动电流点亮对应数码管显示段。正常点亮数码管LED段时，驱动电流一般要求1～10mA左右(根据亮度及LED管参数可进行调整)，要求MCU IO对应的IO口可以提供强推挽驱动能力。段驱动电路根据数码管显示段数来配置，如本设计范例全字符LED数码管所需要的段为14段，需要14个段驱动单元电路。
六、全字符LED数码管
全字符LED数码管必须可以显示0～9，及A Z等26个英文字母。因此，每个位的段数相比七段数码管要多很多。另外，为支持多个状态标志位显示，可把标志位显示组单独设计成一个位，可支持的状态标志位最多为单位数码管的段数。
(1)本实施例的单元全字符LED数码管设计 
如图9所示，单元全字符LED数码管一共由14个段(a～n)组成。下面列出字符的对应的真值表，如图16所示。
(2)本实施例的全字符LED数码管范例设计
如图10所示，此全字符LED数码管支持11位数码管显示，其中第11位显示各种状态标志位。其中A～N脚位为段显示驱动信号管脚，B1～B11为位显示驱动信号管脚。各个状态标志位对应的真值表如图17所示。
(3)全字符数码管范例设计的原理图，如图11所示。
为实现与主控CPU的通信以实时传输显示数据与按键值等信息，需要一个高效可靠的通信控制机制。以下描述本实施例采用的通信控制协议设计方案范例。
a、字符显示命令传输格式
定义一串命令以7e开头，第二个字节为组数，第三个为命令号，最后一个为校验和，校验和加上第二个至倒数第二个的值为00。如果接收正确，返回7e 04 aa 52,无需重传。如果错误，返回7e 04 bb 41，请求重传。为了简化程序，使得传输字节更少，这里把0 9，a z重新编码，见附录。帧结构如图18所示。
组数+命令+校验和＝00，即：00+aa+56＝00。
例如图19所示：要显示台号和名称：
发送数据第一组：7e 01 01 01 05 24 0c 0c bc，
发送数据第二组：7e 02 01 1d 1f 02 00 00 bf，
如果有第三组：7e 03 01......
如果只有一组，则发送7e 00 01.......
一组数据中不够长度的部分补空格(0x24)，如：发送44 33
7e 00 01 44 33 24 24 24 88 
显示字符中有不显示位，则该位为空格(0x24)，如15后的空格。 
字符显示命令号：
表3 字符显示命令号
功能 命令号
正常显示 01
向左滚动 02
向右滚动 03
时间显示 04
b、符号显示命令
对于符号显示，需要特殊处理，否则符号变化时，字符会闪烁。
定义传输符号时，只要3个字节。以5e开头，第二个、第三个为符号标志位，无校验也无应答。置1对应灯亮，置0熄，如下表：
表4 符号标志位
c、按键接收命令
采用主控CPU查询方式实现键值发送，每300ms主控CPU发送一次按键查询命令3e，如有按键按下发送对应值，没有发送00，如：3e，返回08(MENU键)。按键功能键值对应表如下表所示：
表5 按键功能键值对应表
按键功能 命令值(HEX)
POWER DOWN 0x01
MENU 0x08
OK 0x04
CH+ 0x20
CH- 0x10
VOL+ 0x80
VOL- 0x40
d、时序要求 
采用通用的串行通信格式，即CLK，DATA(IN/OUT)，STB三线串行方式，具体写操作时序如图12所示、读操作时序如图13所示。
其中，Twait(等待时间)≥20us，这里需要注意读数据时，指令的第8个时钟的上升沿至随后读数据的第一个时钟下降沿必须大于等于20us的等待时间(twait)。
如图14所示，为保证MCU正确处理通信指令集数据，对时序间隔做如下规定：主控发DATA时，STB拉低，保证Tw(等待时间)≥20us后开始给CLK和DATA，一个字节发完后，CLK至少保持Tw(等待时间)≥20us高电平后再发下一个字节，也就是每个字节间隔至少保持20us。空闲状态时，STB置高，CLK置高。
本实施例中协议流程如图15所示，字符与显示代码映射表如下表所示：
表6 字符与显示代码映射表
符号 HEX 符号 HEX 符号 HEX
0 0 c c o 18
1 1 d d p 19
2 2 e e q 1a
3 3 f f r 1b
4 4 g 10 s 1c
5 5 h 11 t 1d
6 6 i 12 u 1e
7 7 j 13 v 1f
8 8 k 14 w 20
9 9 l 15 x 21
a a m 16 y 22
b b n 17 z 23
空格 24 -- 25 - 26
全亮 27        
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种全字符LED数码管显示驱动电路，与CPU通信连接，其特征在于，其包括：供电及通信接口、MCU、按键检测电路、位驱动电路、段驱动电路以及全字符LED数码管；
所述供电与通信接口，与所述CPU和MCU连接，实现两者的通信，并为所述MCU供电；
所述MCU，用于根据CPU的指令，在位驱动电路和段驱动电路的配合作用下控制全字符LED数码管的显示；还用于利用按键检测电路来检测按键信息并向CPU返回该按键信息；
所述按键检测电路，用于利用显示扫描间隙来实现按键检测；
所述位驱动电路，与全字符LED数码管连接，用于驱动全字符LED数码管的选择位的显示，并提供驱动电流；
所述段驱动电路，与全字符LED数码管连接，用于驱动全字符LED数码管对应段的显示，并提供驱动电流。
2.如权利要求1所述的全字符LED数码管显示驱动电路，其特征在于，所述MCU包括：
通信控制模块，与所述供电及通信接口连接，用于实现本MCU与CPU之间的通信；
显示控制模块，用于控制CPU显示信息到显示码之间的转换以及全字符LED数码管的定时刷新显示；
显示存储器，用于存放各种数据信息。
3.如权利要求2所述的全字符LED数码管显示驱动电路，其特征在于，所述位驱动电路的数量与全字符LED数码管的位数相同，与各位全字符LED数码管一一对应连接；所述段驱动电路的数量与全字符LED数码管的段数相同，与全字符LED数码管的各段一一对应连接。
4.如权利要求3所述的全字符LED数码管显示驱动电路，其特征在于，该驱动电路包括有11位所述全字符LED数码管，每位全字符LED数码管有14段。
5.如权利要求1所述的全字符LED数码管显示驱动电路，其特征在于，所述供电及通信接口与CPU之间采用串行通信方式。
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