大尺寸數碼管的動態驅動和保護電路設計
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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數碼管的每個字段都是由多個發光二極管串、并聯組成，在此稱為大尺寸數碼管。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，可用動態和靜態方式驅動。筆者設計的“廣電播控機房大尺寸綜合顯爾器”就是用動態驅動大尺寸數碼管的方式實現的，本文給出的都是實際使用的電路。
1 大尺寸數碼管特性
圖1是深圳佳美公司JM-S40O11D4英寸共陽高亮紅色數碼管各字段的組成。A～G7個段都是由8只發光二極管串、并聯而成；DP是小數點，由2只發光二極管串聯而成。單個發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)是長時間靜態驅動時的電流最大值，如果超過此值，將導致數碼管壽命下降，甚至損壞。峰值電流Ipeak(100 mA)足動態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 動態驅動電路設計2例
動態扣描驅動利用人眼的特性，分時進行LED數碼管驅動，人眼感受的是有效亮度的平均值。其優點是驅動芯片少，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。主控單片機通過數碼管驅動電路在大尺寸數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驅動電路
圖2電路中，單片機ATmegal6完成譯碼、動態掃描等功能。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6只共陽數碼管的字驅動。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口數碼管段驅動的擴充。任一時刻，只有1個數碼管得電，數碼管的陽極接SAl～SA6，用于驅動電壓取樣。
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發光二極管的驅動電流。
本設計中，單個發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，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驅動電路
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出現閃爍現象。增加專用芯片完成數碼管的掃描驅動、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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