CN204087752U - 一种多段位显示和按键扫描分时复用的led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
一种多段位显示和按键扫描分时复用的LED驱动电路属于LED驱动应用领域。其特征在于，该电路包括：3.3V供电电源，1个MCU控制芯片U1，1个VFD驱动控制芯片U2，2个NPN型晶体三极管Q1、Q2，1个多段位LED数码管U3,1个按键矩阵；驱动控制芯片并成功应用到LED驱动电路中，具有多个段位控制输出，显示与按键扫描分时复用，多级调亮度功能，串行通信方式。
Description
技术领域
一种多段位显示和按键扫描分时复用的LED驱动电路属于LED驱动应用领域。
背景技术：
在LED驱动应用领域中，对于段数较少的如“8”字数码管，可用一种通用集成芯片配置好其外围电路直接驱动(比如74HC595，8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器)。而对于多段位如“米”字数码管(此处谨以该器件举例说明，并不代表所有多段位LED)，其驱动电路采用一种通用集成芯片的一般很少，且电源电压为3.3V的就更加难以寻找。所以一般情况下，均采用如图1所示电路来驱动多段位LED，以驱动“米”字数码管举例说明，其段数为PA～PDP共计15段，其位数为2位(若要显示字符的位数更多，其个数则相应增加)。这里采用三个通用集成芯片74HC595(此处谨以该器件举例说明)级联来驱动2位15段的“米”字数码管。
其连接顺序：U1的ST-CP引脚分别与U2、U3、U4的ST-CP引脚相连，此引脚定义为存储寄存器时钟输入；U1的SH-CP引脚分别与U2、U3、U4的SH-CP引脚相连，此引脚定义为移位寄存器时钟输入；U1的DS引脚与U2的DS引脚相连，U2的Q7’引脚与U3的DS引脚相连，U3的Q7’引脚与U4的DS引脚相连，其中DS引脚定义为串行数据输入，Q7’引脚定义为串行数据输出；U2、U3、U4的引脚连接在一起并与GND(电源地)相连，引脚定义为输出有效(低电平)；U2、U3、U4的引脚连接在一起并与VCC(电源)相连，引脚定义为数据不清除；U2与U3的引脚Q1～Q7以及U2的引脚Q0分别与U5的数码管的段脚一一对应，引脚定义为并行数据输出；U4的Q1引脚与Q2的基极电阻R18相连，U4的Q2引脚与Q1的基极电阻R16相连，引脚定义为并行数据输出(这里用作晶体管的基极驱动信号)；S1与U1的K1引脚连接，S2与U1的K2引脚连接(实际按键增加时，其I/O口相应增加)。
其工作原理简述如下：若要显示字符时，则先对MCU的SH-CP引脚以及DS引脚编程，移位寄存器在SH-CP引脚上升沿时采集数据，每次发送的8位数据由MCU的DS引脚按照时序逐步发送到U2的DS引脚，数据再从U2的Q7’串行输出口到U3的DS引脚，U3和U4的传输同理，直至传到U4移位寄存器才完成了一个8位数据的存储；接下来的数据按照同样的方式进行传输直至每个移位寄存器接收到预定的数据流。需要按照顺序移入3组8位数据D1、D2、D3，U2、U3、U4分别接收D3、D2、D1并保持这三组数据；接收完成后对MCU的ST-CP引脚编程，存储寄存器在ST-CP引脚上升沿时采集数据，发出一组ST-CP时钟信号后，U2、U3、U4存储寄存器的数据输出到并行总线上，此时就能在数码管上显示设计的字符。
方案缺陷：
1.实现过程复杂，其中U2、U3、U4三个74HC595必不可少，且位数增加时还会扩展个数；
2.数据需要经过几级才能到达终端，速度有一定损失，这种方式并不能很好的发挥16位及以上MCU的优势；
3.对于需要手动改变显示值的应用场合，只能单独使用MCU的I/O口，占用了一定的硬件资源；
4.对于需要调节显示亮度的场合，此方案只能通过变更限流电阻来调整，且每调整一次都需要改变一次电阻值；
5.数量过多的分立器件在电路板上将占用很大面积，并可能造成布线难度加大；
6.数量过多的分立器件势必造成故障率上升，出故障时增加了维修的难度，或难以维修。
发明内容
本实用新型方案是采用VFD(真空荧光显示屏)行业领域内的驱动集成芯片并成功应用到LED驱动电路中，其一般具有多个段位控制输出，显示与按键扫描分时复用，多级调亮度功能，串行通信方式，其应用电路图如图2所示。整个电路电源电压为3.3V，这样可以满足绝大多数高性能高速MCU的需要低电源供电的场合。驱动芯片U2与U1(MCU)通过串行方式通讯(一般是SPI双工模式)，这里定义U1为主机模式，U2为从机模式。
一种多段位显示和按键扫描分时复用的LED驱动电路，其特征在于，该电路包括：3.3V供电电源，1个MCU控制芯片U1，1个VFD驱动控制芯片U2，2个NPN型晶体三极管Q1、Q2，1个多段位LED数码管U3,1个按键矩阵；
U2接收按键矩阵的信息；U2的第30引脚VEE接3.3V电源的地端；Q1的基极接U2的第42引脚；Q1的集电极接U3的第16引脚；Q2的基极接U2的第41引脚；Q2的集电极接U3的第11引脚；
U2与U1通过串行方式通讯，
其连接顺序：U1的MISO脚与U2的DOUT连接，此引脚为主输入从输出；U1的MOSI脚与U2的DIN连接，此引脚为主输出从输入；U1的CLK脚与U2的CLK连接，此引脚为时钟信号并由U1提供时钟频率；U1的NSS脚与U2的STB连接，此引脚为片选；
U2的SG/KS或SG/GR引脚分别与U3的数码管的段脚一一对应；U2的GR1引脚与Q1的基极电阻R7相连，U2的GR2引脚与Q2的基极电阻R9相连，DOUT为N沟道开漏输出，连接R1做上拉电阻；U2的OSC引脚连接R2用作调整时钟频率。
方案优势：
1.硬件实现过程简单，只需一片芯片即可完成显示、读按键两个功能；
2.软件实现过程简单，写显示的字符内容时可一次性完成，充分发挥了16位及以上MCU的速度优势；
3.分时复用功能大大节省了MCU的I/O硬件资源；
4.芯片内置多级调光功能；
5.诸多功能集成在一个芯片上，会大大缩小电路板面积，便于布线；
6.同时方便了维修，出故障时可迅速锁定故障点，使维修简单易行。
附图说明
图1常规的多段位LED驱动电路
图2本实用新型电路
具体实施方式
其连接顺序：U1的MISO脚与U2的DOUT连接，此引脚定义为主输入从输出；U1的MOSI脚与U2的DIN连接，此引脚定义为主输出从输入；U1的CLK脚与U2的CLK连接，此引脚定义为时钟信号并由U1提供时钟频率；U1的NSS脚与U2的STB连接，此引脚定义为片选。按键S1经过电阻R4与K2相连，按键S2经过电阻R3与K1相连(实际按键可扩展为按键矩阵，可如图中所示电路在U2的SG/KS(或SG/GR)引脚上引出一对按键，一个接在SP1点，另一个接在SP2点，此处谨以一对按键举例说明)；U2的SG/KS(或SG/GR)引脚SG6～SG20(实际还可驱动更多的段位)分别与U3的数码管的段脚一一对应；U2的GR1引脚与Q1的基极电阻R7相连，U2的GR2引脚与Q2的基极电阻R9相连，引脚定义为晶体管的基极驱动信号；特别强调的是：DOUT为N沟道开漏输出，需要引入R1做上拉电阻；R2用作调整时钟频率；此类芯片用作驱动VFD时需要接入负电压VEE，而本方案用作驱动LED故不需要负电压，将其接至电源地即可。
其工作原理为：显示时，先发送数据设置命令，这里一般设置显示模式；再发送地址设置命令，向芯片内存地址写入预置数据流，因为此类芯片具有地址递增功能，所以只要设置好首地址，可连续写入数据(如32位MCU则可直接一次性写入32位数据)，这里就可以直接设置好预显示的字符以及预点亮的位；然后发送显示模式设置命令，设置好需要用到的段位数量；最后发送显示控制命令，就可以在LED上看到设计的字符。按键读取时，可通过与显示部分共用硬件的方式实现分时复用，芯片在整个显示周期结束后进行按键扫描，此时可读取按键状态。只需发送数据设置命令，设置为读按键数据模式，就可以知道被响应的按键，从而可以实现对显示字符更改或其它形式变更的功能。
Claims (1)
1.一种多段位显示和按键扫描分时复用的LED驱动电路，其特征在于，该电路包括：3.3V供电电源，1个MCU控制芯片U1，1个VFD领域专用集成芯片U2，2个NPN型晶体三极管Q1、Q2，1个多段位LED数码管U3,1个按键矩阵；
U2接收按键矩阵的信息；U2的第30引脚VEE接3.3V电源的地端；Q1的基极接U2的第42引脚；Q1的集电极接U3的第16引脚；Q2的基极接U2的第41引脚；Q2的集电极接U3的第11引脚；
U2与U1通过串行方式通讯，
其连接顺序：U1的MISO脚与U2的DOUT连接，此引脚为主输入从输出；U1的MOSI脚与U2的DIN连接，此引脚为主输出从输入；U1的CLK脚与U2的CLK连接，此引脚为时钟信号并由U1提供时钟频率；U1的NSS脚与U2的STB连接，此引脚为片选；
U2的SG/KS或SG/GR引脚分别与U3的数码管的段脚一一对应；U2的GR1引脚与Q1的基极电阻R7相连，U2的GR2引脚与Q2的基极电阻R9相连，DOUT为N沟道开漏输出，连接R1做上拉电阻；U2的OSC引脚连接R2用作调整时钟频率。
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