VFD顯示驅動和控制芯片TP6312F在電磁爐顯示電路中的應用

摘要：介紹了VFD顯示驅動和控制芯片TP6312F的組成結構、性能特點和編程指令，對TP6312F驅動的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(tǒng)的硬件電路和軟件流程。

關鍵詞：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(xiàn)已在工業(yè)、商業(yè)?特別是家用電器數(shù)字化產品領域得到了廣泛應用。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，通過柵網加速后撞擊正極表面附著的磷光體從而發(fā)光。ＶＦＤ的主要性能是：自動發(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、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(xiàn)在市面上的電磁爐大多采用數(shù)字ＬＥＤ顯示，也有的采用字段ＬＣＤ顯示屏，筆者開發(fā)的首款電磁爐采用的就是圖形點陣ＬＣＤ顯示屏，但考慮到成本、顯示亮度及電磁爐本身的強電流、強磁場等因素和ＶＦＤ的諸多特點，最終選擇ＶＦＤ作為電磁爐顯示屏。

圖1

１ ＴＰ６３１２Ｆ控制／驅動芯片

１．１ ＴＰ６３１２Ｆ的組成及功能

ＴＰ６３１２Ｆ是ＴＯＰＲＯ（臺灣凌越科技）公司生產的ＶＦＤ專用控制／驅動器，可完成段節(jié)式ＶＦＤ器件的控制與驅動。該器件為４４腳ＬＱＦＰ封裝，有１１個段（陽極）輸出腳、６個位（柵極）輸出腳、５個段／位（陽極／柵極）兩用輸出腳、４位開關量輸入腳、４位ＬＥＤ驅動腳以及４６鍵盤輸入腳。ＴＰ６３１２Ｆ內含１個顯示ＲＡＭ、２個４位鎖存器、１個亮度控制電路、鍵值數(shù)據(jù)ＲＡＭ及鍵盤掃描電路，可通過３線或４線串口與ＭＣＵ進行連接。ＭＣＵ可以通過串行接口將數(shù)據(jù)寫入顯示ＲＡＭ和ＬＥＤ驅動鎖存器，也可以從鍵值數(shù)據(jù)ＲＡＭ和開關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(shù)據(jù)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，通過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的取值被視為無效；通過執(zhí)行顯示模式設置命令，系統(tǒng)顯示會被強行關閉，此時要恢復顯示，必須執(zhí)行一次顯示控制設置命令。在向ＬＥＤ端口寫數(shù)據(jù)、讀鍵值數(shù)據(jù)、讀ＳＷ數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)并未涉及特定存儲單元的地址，而是通過數(shù)據(jù)設置命令來獲得其結果，執(zhí)行完數(shù)據(jù)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到ＴＰ６３１２Ｆ中。

圖2

２ 電磁爐顯示系統(tǒng)設計

２．１ 系統(tǒng)的硬件組成

電磁爐的前面板電路由微控制器Ｗ７８Ｅ５８Ｂ、ＶＦＤ驅動電路ＴＰ６３１２Ｆ、電磁爐ＶＦＤ顯示器件及一些分立器件組成。該系統(tǒng)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個柵極?Ｐｉｎ４～Ｐｉｎ７?和１６?Ｐｉｎ９～Ｐｉｎ２４?個陽極。Ｗ７８Ｅ５８Ｂ和ＴＰ６３１２Ｆ采用三線制接法，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溝道開漏輸出，故需接上拉電阻Ｒ７以形成數(shù)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 鍵盤電路

鍵盤電路共有１１個鍵。圖中鍵盤電路的Ｄ２、Ｄ４采用的是１Ｎ４１４８， 可用于隔離陽極驅動電壓。ＴＰ６３１２Ｆ內嵌硬件鍵掃描電路，并在Ｓｊ／Ｋｊ（ｊ＝０～５）線輸出鍵掃描信號，Ｋｉ（ｉ＝０～３） 線接收鍵值（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鍵盤矩陣。該系統(tǒng)中，矩陣鍵盤用２４鍵組成時，Ｓ０／Ｋ０、Ｓ１／Ｋ１線作為輸出鍵掃描信號，Ｋｉ（ｉ＝０～３）線用于接收鍵值。根據(jù)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個鍵由ＳＷｎ（ｎ＝０～３）線組成。ＳＷｎ（ｎ＝０～３）為４位開關輸入端，設計者可根據(jù)需要自行定義。這里用其中的三位（ＳＷ０，ＳＷ１，ＳＷ３）來作為按鍵輸入，根據(jù)電路圖中的接法，開關量輸入內部 ＲＡＭ的相應位應置０。

２．３ 顯示電路

ＴＰ６３１２Ｆ采用負壓輸出，陽極（Ａｎｏｄｅ ｐｉｎ）在邏輯０時輸出負壓，在邏輯１時輸出電平為０伏。為驅動ＶＦＤ，需下拉燈絲繞組中心抽頭的電位。圖２中穩(wěn)壓管ＷＤ１的穩(wěn)壓值由ＶＦＤ的截止電壓來決定。動態(tài)掃描顯示由ＴＰ６３１２Ｆ內部電路自動完成，位線引腳（對應于ＶＦＤ的柵極，Ｇｉｒｄ Ｐｉｎ）循環(huán)輸出柵掃信號，段線（對應于ＶＦＤ的陽極，Ａｎｏｄｅ Ｐｉｎ）引腳則輸出與內部顯示ＲＡＭ 區(qū)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?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要特別注意，顯示存儲器的初始地址要設置為“０４Ｈ”。如果點亮哪一段，相應的顯示ＲＡＭ的相應位要置１；ＴＰ６３１２Ｆ的段線和ＶＦＤ的陽極不是順次一一對應連接，而是逆序對應的，即ＴＰ６３１２Ｆ的段線最高（低）位應接到ＶＦＤ的陽極最低（高）位。這主要是基于提高系統(tǒng)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。在軟件編制時，對于數(shù)字字符和一些簡單字母字符的顯示，七段碼一般不考慮這種接法，只需按照ＶＦＤ的陽極來編制，并在送入顯示ＲＡＭ時將七段碼循環(huán)移位操作即可；而對于圖形顯示，則應將編碼表按電路實際編碼來進行連接。

ＴＰ６３１２Ｆ有四個ＬＥＤ輸出口（ＬＥＤｎ，ｎ＝０～３），本系統(tǒng)只用其中一個（ＬＥＤ０）作為電源開關指示燈。當向ＬＥＤ驅動鎖存器的某一位寫０時，被該位驅動的ＬＥＤ就點亮，寫１時被該位驅動的ＬＥＤ熄滅。

２．４ 燈絲和驅動電路工作電源

ＶＦＤ燈絲在工作時只有產生近６００度的高溫，才能有游離電子出現(xiàn)。所以燈絲有交流驅動和直流驅動兩種工作方式。其中交流驅動有兩種接法，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，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，由于燈絲加熱的直流電壓在燈絲上會有一個電位分布，這樣，兩燈絲將會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際距離進行設計補償。 鑒于設計補償?shù)姆秶邢蓿抑绷鳠艚z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Ｄ３整流濾波后供給驅動電路。

３ 系統(tǒng)軟件設計

基于ＴＰ６３１２Ｆ控制／驅動芯片的ＶＦＤ顯示和鍵盤電路在硬件上十分簡單，但軟件編制比較煩雜。系統(tǒng)軟件可在Ｃ語言環(huán)境下完成。程序開始時最重要的是對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、時間設置、定時、開機關機、火力、功率、溫度調節(jié)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相關的ＶＦＤ顯示、鍵盤掃描以及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(shù)完成，ｖｆｄ＿ｄｉｓｐｌａｙ（）子函數(shù)中包含數(shù)制的轉化、查表以及對送入ＶＦＤ顯示的ＲＡＭ數(shù)據(jù)進行特殊處理；鍵盤掃描程序由ｓｅｔ＿ｋｅｙ＿ｖａｌｕｅ（）子函數(shù)完成，ｓｅｔ＿ｋｅｙ＿ｖａｌｕｅ（）子函數(shù)包括兩個部分，一是對ＴＰ６３１２Ｆ的 ＳＷ開關量的查鍵，即由ｒｅａｄ＿ｔｐ６３１２＿ｓｗ（）子函數(shù)讀ＴＰ６３１２Ｆ的開關量輸入鎖存器；二是對ＴＰ６３１２Ｆ鍵盤矩陣的查鍵，即由ｔｐ６３１２＿ｒｅａｄ＿ｋｅｙ（）子函數(shù)讀ＴＰ６３１２Ｆ的鍵值數(shù)據(jù)ＲＡＭ；ＬＥＤ指示燈程序由ｔｐ６３１２＿ｌｅｄ??子函數(shù)完成。各子函數(shù)中都包含對ＴＰ６３１２的讀、寫子程序。對于ＶＦＤ要顯示的數(shù)字或字符，設計時不用對每一段都進行編碼，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極進行單獨編碼。這樣有利于靈活編程，也可以減少程序代碼的長度。對于ｓｅｔ＿ｋｅｙ＿ｖａｌｕｅ（）、ｖｆｄ＿ｄｉｓｐｌａｙ（）、ｔｐ６３１２＿ｌｅｄ（）三個子函數(shù)（包括對ＴＰ６３１２Ｆ的基本的讀、寫操作），圖５給出了讀（ｒｅａｄ＿ｔｐ６３１２（））、寫（ｗｒｉｔｅ＿ｔｐ６３１２（））和讀鍵值（ｒｅａｄ＿ｔｐ６３１２＿ｓｗ（）、ｔｐ６３１２＿ｒｅａｄ＿ｋｅｙ（））的流程圖。注意：圖５中（ｃ）、（ｄ）兩圖中的延時不可過長，延時太長會影響按鍵掃描和顯示刷新。

４　結束語

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