大尺寸數(shù)碼管的動態(tài)驅動和保護電路設計
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LED數(shù)碼管是單片機系統(tǒng)常用的顯示器件，1英寸以上的LED數(shù)碼管的每個字段都是由多個發(fā)光二極管串、并聯(lián)組成，在此稱為大尺寸數(shù)碼管。大尺寸數(shù)碼管雖然不能顯示漢字等復雜字符，但數(shù)字顯示效果好，可視距離遠，成本低，符合人的視覺習慣，有著廣泛的用途。其結構特性要求驅動電路提供較高的電壓和電流，可用動態(tài)和靜態(tài)方式驅動。筆者設計的“廣電播控機房大尺寸綜合顯爾器”就是用動態(tài)驅動大尺寸數(shù)碼管的方式實現(xiàn)的，本文給出的都是實際使用的電路。
1 大尺寸數(shù)碼管特性
圖1是深圳佳美公司JM-S40O11D4英寸共陽高亮紅色數(shù)碼管各字段的組成。A～G7個段都是由8只發(fā)光二極管串、并聯(lián)而成；DP是小數(shù)點，由2只發(fā)光二極管串聯(lián)而成。單個發(fā)光二極管的極限和光電參數(shù)如表1所列。
否 正向電流If(20 mA)是長時間靜態(tài)驅動時的電流最大值，如果超過此值，將導致數(shù)碼管壽命下降，甚至損壞。峰值電流Ipeak(100 mA)足動態(tài)驅動時的脈沖電流最大值。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50 mA后其亮度就不與電流成比例增加了。
2 動態(tài)驅動電路設計2例
動態(tài)扣描驅動利用人眼的特性，分時進行LED數(shù)碼管驅動，人眼感受的是有效亮度的平均值。其優(yōu)點是驅動芯片少，電路簡單，成本低。
擴充電壓、電流的驅動電路形式很多。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英寸高亮紅色共陽數(shù)碼管(N1～N6)組成，主控單片機為關國Atmel公司的AVR系列ATmegal6。主控單片機通過數(shù)碼管驅動電路在大尺寸數(shù)碼管上以一定時長分時顯示“時、分、秒”、“年”、“月、日”、“溫度”、“濕度”等信息。
2．1 單片機完成掃描的動態(tài)驅動電路
圖2電路中，單片機ATmegal6完成譯碼、動態(tài)掃描等功能。74LS07是6同相電平轉換電路，輸出級是集電極開路的晶體管，耐壓30 V，驅動電流30 mA，在ATmegal6PA0～PA5口電平控制下驅動Q1～Q6 PNP達林頓功率管TIPl27，實現(xiàn)6只共陽數(shù)碼管的字驅動。ULN2803是8位NPN達林頓陣列，耐壓50 V，驅動電流500 mA，這里用于ATmegal6 PCO～PC7口數(shù)碼管段驅動的擴充。任一時刻，只有1個數(shù)碼管得電，數(shù)碼管的陽極接SAl～SA6，用于驅動電壓取樣。
R1～R8是大尺寸數(shù)碼管A～G字段的限流電阻，電阻值和功率根據(jù)以下因素計算：
◆大尺寸數(shù)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(shù)碼管的單個發(fā)光二極管的驅動電流。
本設計中，單個發(fā)光二極管的驅動電流為45 mA，供電電壓12 V，限流電阻選用33 Ω，O．5 W規(guī)格。
本電路占用單片機的I／O口較多，單片機要完成數(shù)碼管的譯碼、掃描等任務，負擔較重，但對一些小應用來說是不錯的選擇。
2．2 專用芯片完成掃描的動態(tài)驅動電路
后續(xù)設計中，系統(tǒng)增加了很多功能，單片機負擔加重，大尺寸數(shù)碼管顯示時出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。增加專用芯片完成數(shù)碼管的掃描驅動、按鍵檢測等功能，以減輕單片機的資源占用，簡化程序設計，效果很好，如圖3所示。
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