VFD顯示驅動(dòng)和控制芯片TP6312F在電磁爐顯示電路中的應用

摘要：介紹了VFD顯示驅動(dòng)和控制芯片TP6312F的組成結構、性能特點(diǎn)和編程指令，對TP6312F驅動(dòng)的VFD在電磁爐顯示電路中的應用做了詳細論述，給出了該應用系統的硬件電路和軟件流程。

關(guān)鍵詞：家用電器；VFD；TP6312F

真空熒光顯示屏ＶＦＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）是１９６６年日本發(fā)明的一種自發(fā)光平板顯示器件，現已在工業(yè)、商業(yè)?特別是家用電器數字化產(chǎn)品領(lǐng)域得到了廣泛應用。ＶＦＤ是一種特殊變體的三級真空管，其電子從負極（燈絲）發(fā)射出來(lái)，通過(guò)柵網(wǎng)加速后撞擊正極表面附著(zhù)的磷光體從而發(fā)光。ＶＦＤ的主要性能是：自動(dòng)發(fā)光、高清晰度和高亮度顯示、低壓操作、低功耗、可靠且使用壽命長(cháng)、有從紅色到藍色多種色彩（使用濾色器可獲得更多色彩）、寬視角、反應速度快等?，F在市面上的電磁爐大多采用數字ＬＥＤ顯示，也有的采用字段ＬＣＤ顯示屏，筆者開(kāi)發(fā)的首款電磁爐采用的就是圖形點(diǎn)陣ＬＣＤ顯示屏，但考慮到成本、顯示亮度及電磁爐本身的強電流、強磁場(chǎng)等因素和ＶＦＤ的諸多特點(diǎn)，最終選擇ＶＦＤ作為電磁爐顯示屏。

圖1

１ ＴＰ６３１２Ｆ控制／驅動(dòng)芯片

１．１ ＴＰ６３１２Ｆ的組成及功能

ＴＰ６３１２Ｆ是ＴＯＰＲＯ（臺灣凌越科技）公司生產(chǎn)的ＶＦＤ專(zhuān)用控制／驅動(dòng)器，可完成段節式ＶＦＤ器件的控制與驅動(dòng)。該器件為４４腳ＬＱＦＰ封裝，有１１個(gè)段（陽(yáng)極）輸出腳、６個(gè)位（柵極）輸出腳、５個(gè)段／位（陽(yáng)極／柵極）兩用輸出腳、４位開(kāi)關(guān)量輸入腳、４位ＬＥＤ驅動(dòng)腳以及４６鍵盤(pán)輸入腳。ＴＰ６３１２Ｆ內含１個(gè)顯示ＲＡＭ、２個(gè)４位鎖存器、１個(gè)亮度控制電路、鍵值數據ＲＡＭ及鍵盤(pán)掃描電路，可通過(guò)３線(xiàn)或４線(xiàn)串口與ＭＣＵ進(jìn)行連接。ＭＣＵ可以通過(guò)串行接口將數據寫(xiě)入顯示ＲＡＭ和ＬＥＤ驅動(dòng)鎖存器，也可以從鍵值數據ＲＡＭ和開(kāi)關(guān)量輸入鎖存器中讀出內容。

１．２ ＴＰ６３１２Ｆ的控制命令

ＴＰ６３１２Ｆ具有顯示模式設置、數據設置、顯示存儲器地址設置和顯示控制設置命令等４條命令，其具體格式如圖１所示。由圖１可見(jiàn)，通過(guò)顯示模式設置命令可使ＴＰ６３１２Ｆ匹配不同結構的ＶＦＤ顯示屏。在顯示存儲地址設置命令中，地址的取值范圍為００Ｈ～１５Ｈ，大于１５Ｈ的取值被視為無(wú)效；通過(guò)執行顯示模式設置命令，系統顯示會(huì )被強行關(guān)閉，此時(shí)要恢復顯示，必須執行一次顯示控制設置命令。在向ＬＥＤ端口寫(xiě)數據、讀鍵值數據、讀ＳＷ數據時(shí)，系統并未涉及特定存儲單元的地址，而是通過(guò)數據設置命令來(lái)獲得其結果，執行完數據設置命令后，即可將其存儲到指定的存儲單元或將指定存儲單元的內容寫(xiě)到ＴＰ６３１２Ｆ中。

圖2

２ 電磁爐顯示系統設計

２．１ 系統的硬件組成

電磁爐的前面板電路由微控制器Ｗ７８Ｅ５８Ｂ、ＶＦＤ驅動(dòng)電路ＴＰ６３１２Ｆ、電磁爐ＶＦＤ顯示器件及一些分立器件組成。該系統電路如圖２所示。其中Ｗ７８Ｅ５８Ｂ是Ｗｉｎｂｏｎｄ公司的微處理器，電磁爐ＶＦＤ具有４個(gè)柵極?Ｐｉｎ４～Ｐｉｎ７?和１６?Ｐｉｎ９～Ｐｉｎ２４?個(gè)陽(yáng)極。Ｗ７８Ｅ５８Ｂ和ＴＰ６３１２Ｆ采用三線(xiàn)制接法，Ｗ７８Ｅ５８Ｂ的Ｐ１．０和ＣＳ相連，Ｐ１．１和ＣＬＫ相連，Ｐ１．２則和ＤＩ、ＤＯ相連。因ＤＯ口為Ｎ溝道開(kāi)漏輸出，故需接上拉電阻Ｒ７以形成數字電平信號。ＴＰ６３１２Ｆ內置ＯＳＣ，其振蕩頻率由Ｒ１決定，Ｒ１的典型值為５６ｋΩ。

２．２ 鍵盤(pán)電路

鍵盤(pán)電路共有１１個(gè)鍵。圖中鍵盤(pán)電路的Ｄ２、Ｄ４采用的是１Ｎ４１４８， 可用于隔離陽(yáng)極驅動(dòng)電壓。ＴＰ６３１２Ｆ內嵌硬件鍵掃描電路，并在Ｓｊ／Ｋｊ（ｊ＝０～５）線(xiàn)輸出鍵掃描信號，Ｋｉ（ｉ＝０～３） 線(xiàn)接收鍵值（在顯示周期的末端鎖存至內部ＲＡＭ），因此，由Ｋｉ（ｉ＝０～３）和Ｓｊ／Ｋｊ（ｊ＝０～５）可以構成４６鍵盤(pán)矩陣。該系統中，矩陣鍵盤(pán)用２４鍵組成時(shí)，Ｓ０／Ｋ０、Ｓ１／Ｋ１線(xiàn)作為輸出鍵掃描信號，Ｋｉ（ｉ＝０～３）線(xiàn)用于接收鍵值。根據電路圖的接法，若有鍵按下，鍵碼內部ＲＡＭ的相應位置１。其余３個(gè)鍵由ＳＷｎ（ｎ＝０～３）線(xiàn)組成。ＳＷｎ（ｎ＝０～３）為４位開(kāi)關(guān)輸入端，設計者可根據需要自行定義。這里用其中的三位（ＳＷ０，ＳＷ１，ＳＷ３）來(lái)作為按鍵輸入，根據電路圖中的接法，開(kāi)關(guān)量輸入內部 ＲＡＭ的相應位應置０。

２．３ 顯示電路

ＴＰ６３１２Ｆ采用負壓輸出，陽(yáng)極（Ａｎｏｄｅ ｐｉｎ）在邏輯０時(shí)輸出負壓，在邏輯１時(shí)輸出電平為０伏。為驅動(dòng)ＶＦＤ，需下拉燈絲繞組中心抽頭的電位。圖２中穩壓管ＷＤ１的穩壓值由ＶＦＤ的截止電壓來(lái)決定。動(dòng)態(tài)掃描顯示由ＴＰ６３１２Ｆ內部電路自動(dòng)完成，位線(xiàn)引腳（對應于ＶＦＤ的柵極，Ｇｉｒｄ Ｐｉｎ）循環(huán)輸出柵掃信號，段線(xiàn)（對應于ＶＦＤ的陽(yáng)極，Ａｎｏｄｅ Ｐｉｎ）引腳則輸出與內部顯示ＲＡＭ 區相對應的顯示信號。圖２中電路的接法將影響到軟件的編制。由于ＴＰ６３１２Ｆ的位線(xiàn)?Ｇ５、Ｇ４、Ｇ３、Ｇ２?分別連接到ＶＦＤ的柵極?Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４?，因而在設置顯示存儲器地址命令時(shí)要特別注意，顯示存儲器的初始地址要設置為“０４Ｈ”。如果點(diǎn)亮哪一段，相應的顯示ＲＡＭ的相應位要置１；ＴＰ６３１２Ｆ的段線(xiàn)和ＶＦＤ的陽(yáng)極不是順次一一對應連接，而是逆序對應的，即ＴＰ６３１２Ｆ的段線(xiàn)最高（低）位應接到ＶＦＤ的陽(yáng)極最低（高）位。這主要是基于提高系統抗干擾性能方面的考慮，因為印制電路板要制成單面板，因而連接做了這樣的改動(dòng)。在軟件編制時(shí)，對于數字字符和一些簡(jiǎn)單字母字符的顯示，七段碼一般不考慮這種接法，只需按照ＶＦＤ的陽(yáng)極來(lái)編制，并在送入顯示ＲＡＭ時(shí)將七段碼循環(huán)移位操作即可；而對于圖形顯示，則應將編碼表按電路實(shí)際編碼來(lái)進(jìn)行連接。

ＴＰ６３１２Ｆ有四個(gè)ＬＥＤ輸出口（ＬＥＤｎ，ｎ＝０～３），本系統只用其中一個(gè)（ＬＥＤ０）作為電源開(kāi)關(guān)指示燈。當向ＬＥＤ驅動(dòng)鎖存器的某一位寫(xiě)０時(shí)，被該位驅動(dòng)的ＬＥＤ就點(diǎn)亮，寫(xiě)１時(shí)被該位驅動(dòng)的ＬＥＤ熄滅。

２．４ 燈絲和驅動(dòng)電路工作電源

ＶＦＤ燈絲在工作時(shí)只有產(chǎn)生近６００度的高溫，才能有游離電子出現。所以燈絲有交流驅動(dòng)和直流驅動(dòng)兩種工作方式。其中交流驅動(dòng)有兩種接法，一是燈絲的單側接地，另一種是燈絲變壓器的中心抽頭接地， 推薦使用中心抽頭接地方式。對于有中心抽頭的脈沖變壓器，在選擇 ＤＣ－ＤＣ 變換器時(shí)，要注意不能有極端的直流成分、可聞頻率成分或尖峰脈沖，而且有效值要與標準值一致，振蕩頻率應在３０ｋＨｚ 以上；而對于直流驅動(dòng)，由于燈絲加熱的直流電壓在燈絲上會(huì )有一個(gè)電位分布，這樣，兩燈絲將會(huì )存在不平衡的高低梯度。為了獲得均勻的亮度，必須對熒光顯示屏柵極和燈絲間的實(shí)際距離進(jìn)行設計補償。 鑒于設計補償的范圍有限，且直流燈絲的構造設計一般只限于燈絲較短的熒光顯示屏。因此，這里推薦使用帶中心抽頭的燈絲變壓器交流驅動(dòng)工作方式。

電磁爐ＶＦＤ采用的燈絲電壓（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）比較低（最大為２．３１Ｖａｃ，典型為２．１Ｖａｃ，最小為１．８９Ｖａｃ），圖２中Ｊ１插頭的５腳是燈絲ＥＦ２，４腳是中心抽頭，３腳是燈絲ＥＦ１，中心抽頭是平衡電位，用于使ＶＦＤ顯示亮度均勻。

驅動(dòng)電路的工作電源可由變壓器輸出（Ｊ１的１腳是交流２１Ｖａｃ輸入），經(jīng)Ｄ３整流濾波后供給驅動(dòng)電路。

３ 系統軟件設計

基于ＴＰ６３１２Ｆ控制／驅動(dòng)芯片的ＶＦＤ顯示和鍵盤(pán)電路在硬件上十分簡(jiǎn)單，但軟件編制比較煩雜。系統軟件可在Ｃ語(yǔ)言環(huán)境下完成。程序開(kāi)始時(shí)最重要的是對ＴＰ６３１２Ｆ的初始化，這部分工作可由子程序ＶＦＤＩｎｉｔ（）完成，其流程如圖３所示。

此種類(lèi)型的電磁爐具有煎炒、油炸、燒水、煮飯、煲湯、火鍋、鐵板燒７項功能。另外還有鐘控、遙控、時(shí)間設置、定時(shí)、開(kāi)機關(guān)機、火力、功率、溫度調節以及檢測與控制部分的通訊狀態(tài)等功能。限于篇幅，本文只給出與ＴＰ６３１２Ｆ相關(guān)的ＶＦＤ顯示、鍵盤(pán)掃描以及ＬＥＤ顯示等軟件流程圖。這些功能都可在ｍａｉｎ．ｃ程序模塊中完成，其流程圖如圖４所示。ＶＦＤ顯示由ｖｆｄ＿ｄｉｓｐｌａｙ（）子函數完成，ｖｆｄ＿ｄｉｓｐｌａｙ（）子函數中包含數制的轉化、查表以及對送入ＶＦＤ顯示的ＲＡＭ數據進(jìn)行特殊處理；鍵盤(pán)掃描程序由ｓｅｔ＿ｋｅｙ＿ｖａｌｕｅ（）子函數完成，ｓｅｔ＿ｋｅｙ＿ｖａｌｕｅ（）子函數包括兩個(gè)部分，一是對ＴＰ６３１２Ｆ的 ＳＷ開(kāi)關(guān)量的查鍵，即由ｒｅａｄ＿ｔｐ６３１２＿ｓｗ（）子函數讀ＴＰ６３１２Ｆ的開(kāi)關(guān)量輸入鎖存器；二是對ＴＰ６３１２Ｆ鍵盤(pán)矩陣的查鍵，即由ｔｐ６３１２＿ｒｅａｄ＿ｋｅｙ（）子函數讀ＴＰ６３１２Ｆ的鍵值數據ＲＡＭ；ＬＥＤ指示燈程序由ｔｐ６３１２＿ｌｅｄ??子函數完成。各子函數中都包含對ＴＰ６３１２的讀、寫(xiě)子程序。對于ＶＦＤ要顯示的數字或字符，設計時(shí)不用對每一段都進(jìn)行編碼，而采用查七段碼表和字符碼的方法，由于電路的特殊接法，只需將查到的七段碼做移位操作即可得到正確的顯示；而對于ＶＦＤ圖形顯示，則要對每一段所對應的陽(yáng)極進(jìn)行單獨編碼。這樣有利于靈活編程，也可以減少程序代碼的長(cháng)度。對于ｓｅｔ＿ｋｅｙ＿ｖａｌｕｅ（）、ｖｆｄ＿ｄｉｓｐｌａｙ（）、ｔｐ６３１２＿ｌｅｄ（）三個(gè)子函數（包括對ＴＰ６３１２Ｆ的基本的讀、寫(xiě)操作），圖５給出了讀（ｒｅａｄ＿ｔｐ６３１２（））、寫(xiě)（ｗｒｉｔｅ＿ｔｐ６３１２（））和讀鍵值（ｒｅａｄ＿ｔｐ６３１２＿ｓｗ（）、ｔｐ６３１２＿ｒｅａｄ＿ｋｅｙ（））的流程圖。注意：圖５中（ｃ）、（ｄ）兩圖中的延時(shí)不可過(guò)長(cháng)，延時(shí)太長(cháng)會(huì )影響按鍵掃描和顯示刷新。

４　結束語(yǔ)

ＴＰ６３１２Ｆ和ＶＦＤ顯示屏組成的顯示子系統具有集成度高、抗干擾性能好、與微處理器接口簡(jiǎn)單，可節省硬件資源等優(yōu)點(diǎn)。從成本角度考慮，以ＴＰ６３１２Ｆ和ＶＦＤ顯示屏組成的顯示子系統是電磁爐顯示電路的理想選擇。