大尺寸數碼管的動(dòng)態(tài)驅動(dòng)和保護電路設計
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LED數碼管是單片機系統常用的顯示器件，1英寸以上的LED數碼管的每個(gè)字段都是由多個(gè)發(fā)光二極管串、并聯(lián)組成，在此稱(chēng)為大尺寸數碼管。大尺寸數碼管雖然不能顯示漢字等復雜字符，但數字顯示效果好，可視距離遠，成本低，符合人的視覺(jué)習慣，有著(zhù)廣泛的用途。其結構特性要求驅動(dòng)電路提供較高的電壓和電流，可用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)方式驅動(dòng)。筆者設計的“廣電播控機房大尺寸綜合顯爾器”就是用動(dòng)態(tài)驅動(dòng)大尺寸數碼管的方式實(shí)現的，本文給出的都是實(shí)際使用的電路。
1 大尺寸數碼管特性
圖1是深圳佳美公司JM-S40O11D4英寸共陽(yáng)高亮紅色數碼管各字段的組成。A～G7個(gè)段都是由8只發(fā)光二極管串、并聯(lián)而成；DP是小數點(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如表1所列。
否 正向電流If(20 mA)是長(cháng)時(shí)間靜態(tài)驅動(dòng)時(shí)的電流最大值，如果超過(guò)此值，將導致數碼管壽命下降，甚至損壞。峰值電流Ipeak(100 mA)足動(dòng)態(tài)驅動(dòng)時(shí)的脈沖電流最大值。JM―S40011 D的A～G字段的導通電壓為7．2～8V，單管脈沖電流一般選50 mA，超過(guò)50 mA后其亮度就不與電流成比例增加了。
2 動(dòng)態(tài)驅動(dòng)電路設計2例
動(dòng)態(tài)扣描驅動(dòng)利用人眼的特性，分時(shí)進(jìn)行LED數碼管驅動(dòng)，人眼感受的是有效亮度的平均值。其優(yōu)點(diǎn)是驅動(dòng)芯片少，電路簡(jiǎn)單，成本低。
擴充電壓、電流的驅動(dòng)電路形式很多。圖2、圖3是“廣電播控機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(yáng)數碼管(N1～N6)組成，主控單片機為關(guān)國Atmel公司的AVR系列ATmegal6。主控單片機通過(guò)數碼管驅動(dòng)電路在大尺寸數碼管上以一定時(shí)長(cháng)分時(shí)顯示“時(shí)、分、秒”、“年”、“月、日”、“溫度”、“濕度”等信息。
2．1 單片機完成掃描的動(dòng)態(tài)驅動(dòng)電路
圖2電路中，單片機ATmegal6完成譯碼、動(dòng)態(tài)掃描等功能。74LS07是6同相電平轉換電路，輸出級是集電極開(kāi)路的晶體管，耐壓30 V，驅動(dòng)電流30 mA，在A(yíng)Tmegal6PA0～PA5口電平控制下驅動(dòng)Q1～Q6 PNP達林頓功率管TIPl27，實(shí)現6只共陽(yáng)數碼管的字驅動(dòng)。ULN2803是8位NPN達林頓陣列，耐壓50 V，驅動(dòng)電流500 mA，這里用于A(yíng)Tmegal6 PCO～PC7口數碼管段驅動(dòng)的擴充。任一時(shí)刻，只有1個(gè)數碼管得電，數碼管的陽(yáng)極接SAl～SA6，用于驅動(dòng)電壓取樣。
R1～R8是大尺寸數碼管A～G字段的限流電阻，電阻值和功率根據以下因素計算：
◆大尺寸數碼管的供電電壓，各段的導通電壓；
◆TIPl27和ULN2803的導通壓降；
◆組成大尺寸數碼管的單個(gè)發(fā)光二極管的驅動(dòng)電流。
本設計中，單個(gè)發(fā)光二極管的驅動(dòng)電流為45 mA，供電電壓12 V，限流電阻選用33 Ω，O．5 W規格。
本電路占用單片機的I／O口較多，單片機要完成數碼管的譯碼、掃描等任務(wù)，負擔較重，但對一些小應用來(lái)說(shuō)是不錯的選擇。
2．2 專(zhuān)用芯片完成掃描的動(dòng)態(tài)驅動(dòng)電路
后續設計中，系統增加了很多功能，單片機負擔加重，大尺寸數碼管顯示時(shí)出現閃爍現象。增加專(zhuān)用芯片完成數碼管的掃描驅動(dòng)、按鍵檢測等功能，以減輕單片機的資源占用，簡(jiǎn)化程序設計，效果很好，如圖3所示。
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