大尺寸數碼管的動(dòng)態(tài)驅動(dòng)和保護電路設計

數碼管顯示驅動(dòng)和鍵盤(pán)掃描控制芯片很多，作者選用的是南京沁恒電子有限公司生產(chǎn)的CH452L，其性?xún)r(jià)比較高。CH452L內置時(shí)鐘振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅動(dòng)1英寸以下的8位共陰數碼管或者64只LED，具有BCD譯碼、閃爍、移位、段位尋址、光柱譯碼等功能；同時(shí)還可以進(jìn)行64鍵的鍵盤(pán)掃描。CH452L通過(guò)可以級聯(lián)的4線(xiàn)串行接口或者2線(xiàn)串行接口與單片機等交換數據。這里使用4線(xiàn)串行接口與ATmegal6連接，具有編程簡(jiǎn)單、穩定可靠的特點(diǎn)。
CH452L的第17腳(H3L2)是接口模式選擇，接高電平為4線(xiàn)模式。
CH452L也不能直接驅動(dòng)4英寸數碼管，必須進(jìn)行擴充，擴充電路就是圖1。單片機將顯示的數據送給CH452L即可，由CH452L代替單片機完成澤碼和數碼管的動(dòng)態(tài)掃描等任務(wù)。

3 保護電路設計
3英寸以上的數碼管，單塊價(jià)格已超過(guò)單片機芯片。由于動(dòng)態(tài)掃描驅動(dòng)電路的特點(diǎn)，為了達到需要的亮度，每個(gè)LED所加的脈沖電流遠大于靜態(tài)驅動(dòng)時(shí)的極限電流值。如果驅動(dòng)電路有故障，長(cháng)時(shí)間將大電流加在數碼管上，將導致數碼管燒傷、亮度嚴重衰減、壽命縮短、甚至損壞，因此要加必要的保護電路，如圖4所示。

3．1 驅動(dòng)電路故障和危害
在上述驅動(dòng)擴充電路中，如果段驅動(dòng)電路ULN2803損壞，只會(huì )出現顯示混亂現象，對大尺寸數碼管不造成傷害；如果字驅動(dòng)達林頓管TIPl27斷路，只是相應位的數碼管不顯示，也無(wú)傷害；如果74LS07某位斷路，TIPl27不會(huì )導通，數碼管也不會(huì )長(cháng)時(shí)間過(guò)流。
如果字驅動(dòng)達林頓管TIPl27短路或者74LS07的某位對地短路，相應位的大尺寸數碼管將一直得電，造成數碼管長(cháng)時(shí)間過(guò)流損傷，因此必須避免這種情況發(fā)生。在掃描空隙時(shí)，檢測數碼管的陽(yáng)極電壓，就能發(fā)現這種故障。
3．2 故障檢測和保護
如圖4所示，在每個(gè)大尺寸數碼管的陽(yáng)極進(jìn)行驅動(dòng)電壓取樣，任一時(shí)刻只有1個(gè)數碼管的字驅動(dòng)被掃描選中，即TIPl27導通。取樣電壓約為數碼管的供電電壓(這里是12 V)，未選中的為0 V(TIPl27截止后的漏電流極小，相當于完全關(guān)斷)。通過(guò)ULN2803進(jìn)行電平轉換，送入單片機的PB口檢測。所有大尺寸數碼管通過(guò)繼電器K1的常閉觸點(diǎn)供電，K1受控于單片機的PA0口。
對于圖2電路，在每一輪數碼管顯示掃描程序開(kāi)始前加上以下監測和保護代碼：
／／顯示掃描函數開(kāi)始
／／監測和保護的關(guān)鍵代碼示意，只用于說(shuō)明取樣、保護、報警的編程思路

／／原有數碼管掃描代碼開(kāi)始
／／選通第一位數碼管，輸出相應代碼
對于圖3電路，由于CH452L的第8個(gè)數碼管字選位DIG7未用，因此用DIG7作為取樣觸發(fā)信號(SSTART)觸發(fā)ATmegal6的中斷INTO，在中斷程序中加入上述監測和保護代碼，即可完成采樣和保護功能。
3．3 幾個(gè)要點(diǎn)
①如果不具備圖2、圖3電路的取樣時(shí)機條件，可采取隨機讀取的方式。需要明確，任何時(shí)刻只有1個(gè)數碼管得電工作，多于1個(gè)即可認為驅動(dòng)電路有致命故障發(fā)生。
②抗干擾：在取樣電路并接小容量電容，濾除雜波干擾；軟件采取多次采樣、表決方式，防止保護電路誤動(dòng)作。
③取樣電路的電平轉換可以采取晶體管、光耦，甚至是電阻分壓的方式。
④如果單片機I／O口數量不足，可以用74LSl65(并行輸入轉串行輸出)等電路進(jìn)行取樣電路擴展。
⑤對于由單片機完成掃描的動(dòng)態(tài)驅動(dòng)電路，要注意防止因程序設計不合理或者死機對大尺寸數碼管造成的長(cháng)時(shí)間過(guò)流損傷。專(zhuān)用數碼管顯示驅動(dòng)和鍵盤(pán)掃描控制芯片多由純硬件邏輯實(shí)現，不會(huì )出現死機現象。