VFD顯示驅(qū)動(dòng)和控制芯片TP6312F在電磁爐顯示電路中的應(yīng)用

時(shí)間：2005-06-09 21:10:00

關(guān)鍵字：電磁爐控制芯片顯示驅(qū)動(dòng) 顯示電路

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[導(dǎo)讀]介紹了VFD顯示驅(qū)動(dòng)和控制芯片TP6312F的組成結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和編程指令，對(duì)TP6312F驅(qū)動(dòng)的VFD在電磁爐顯示電路中的應(yīng)用做了詳細(xì)論述，給出了該應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路和軟件流程。

摘要：介紹了VFD顯示驅(qū)動(dòng)和控制芯片TP6312F的組成結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和編程指令，對(duì)TP6312F驅(qū)動(dòng)的VFD在電磁爐顯示電路中的應(yīng)用做了詳細(xì)論述，給出了該應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路和軟件流程。

關(guān)鍵詞：家用電器；VFD；TP6312F

真空熒光顯示屏ＶＦＤ（ＶａｃｕｕｍＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＤｉｓｐｌａｙ）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(chǎn)品領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。ＶＦＤ是一種特殊變體的三級(jí)真空管，其電子從負(fù)極（燈絲）發(fā)射出來，通過柵網(wǎng)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(dòng)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(zhǎng)、有從紅色到藍(lán)色多種色彩（使用濾色器可獲得更多色彩）、寬視角、反應(yīng)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(diǎn)陣ＬＣＤ顯示屏，但考慮到成本、顯示亮度及電磁爐本身的強(qiáng)電流、強(qiáng)磁場(chǎng)等因素和ＶＦＤ的諸多特點(diǎn)，最終選擇ＶＦＤ作為電磁爐顯示屏。

圖1

１ＴＰ６３１２Ｆ控制／驅(qū)動(dòng)芯片

１．１ＴＰ６３１２Ｆ的組成及功能

ＴＰ６３１２Ｆ是ＴＯＰＲＯ（臺(tái)灣凌越科技）公司生產(chǎn)的ＶＦＤ專用控制／驅(qū)動(dòng)器，可完成段節(jié)式ＶＦＤ器件的控制與驅(qū)動(dòng)。該器件為４４腳ＬＱＦＰ封裝，有１１個(gè)段（陽極）輸出腳、６個(gè)位（柵極）輸出腳、５個(gè)段／位（陽極／柵極）兩用輸出腳、４位開關(guān)量輸入腳、４位ＬＥＤ驅(qū)動(dòng)腳以及４×６鍵盤輸入腳。ＴＰ６３１２Ｆ內(nèi)含１個(gè)顯示ＲＡＭ、２個(gè)４位鎖存器、１個(gè)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(jìn)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(qū)動(dòng)鎖存器，也可以從鍵值數(shù)據(jù)ＲＡＭ和開關(guān)量輸入鎖存器中讀出內(nèi)容。

１．２ＴＰ６３１２Ｆ的控制命令

ＴＰ６３１２Ｆ具有顯示模式設(shè)置、數(shù)據(jù)設(shè)置、顯示存儲(chǔ)器地址設(shè)置和顯示控制設(shè)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(shè)置命令可使ＴＰ６３１２Ｆ匹配不同結(jié)構(gòu)的ＶＦＤ顯示屏。在顯示存儲(chǔ)地址設(shè)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(shè)置命令，系統(tǒng)顯示會(huì)被強(qiáng)行關(guān)閉，此時(shí)要恢復(fù)顯示，必須執(zhí)行一次顯示控制設(shè)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(shí)，系統(tǒng)并未涉及特定存儲(chǔ)單元的地址，而是通過數(shù)據(jù)設(shè)置命令來獲得其結(jié)果，執(zhí)行完數(shù)據(jù)設(shè)置命令后，即可將其存儲(chǔ)到指定的存儲(chǔ)單元或?qū)⒅付ù鎯?chǔ)單元的內(nèi)容寫到ＴＰ６３１２Ｆ中。

圖2

２電磁爐顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(qū)動(dòng)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(gè)柵極?Ｐｉｎ４～Ｐｉｎ７?和１６?Ｐｉｎ９～Ｐｉｎ２４?個(gè)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(hào)。ＴＰ６３１２Ｆ內(nèi)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(gè)鍵。圖中鍵盤電路的Ｄ２、Ｄ４采用的是１Ｎ４１４８，可用于隔離陽極驅(qū)動(dòng)電壓。ＴＰ６３１２Ｆ內(nèi)嵌硬件鍵掃描電路，并在Ｓｊ／Ｋｊ（ｊ＝０～５）線輸出鍵掃描信號(hào)，Ｋｉ（ｉ＝０～３）線接收鍵值（在顯示周期的末端鎖存至內(nèi)部ＲＡＭ），因此，由Ｋｉ（ｉ＝０～３）和Ｓｊ／Ｋｊ（ｊ＝０～５）可以構(gòu)成４×６鍵盤矩陣。該系統(tǒng)中，矩陣鍵盤用２×４鍵組成時(shí)，Ｓ０／Ｋ０、Ｓ１／Ｋ１線作為輸出鍵掃描信號(hào)，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(nèi)部ＲＡＭ的相應(yīng)位置１。其余３個(gè)鍵由ＳＷｎ（ｎ＝０～３）線組成。ＳＷｎ（ｎ＝０～３）為４位開關(guān)輸入端，設(shè)計(jì)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(guān)量輸入內(nèi)部ＲＡＭ的相應(yīng)位應(yīng)置０。

２．３顯示電路

ＴＰ６３１２Ｆ采用負(fù)壓輸出，陽極（Ａｎｏｄｅｐｉｎ）在邏輯０時(shí)輸出負(fù)壓，在邏輯１時(shí)輸出電平為０伏。為驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)掃描顯示由ＴＰ６３１２Ｆ內(nèi)部電路自動(dòng)完成，位線引腳（對(duì)應(yīng)于ＶＦＤ的柵極，ＧｉｒｄＰｉｎ）循環(huán)輸出柵掃信號(hào)，段線（對(duì)應(yīng)于ＶＦＤ的陽極，ＡｎｏｄｅＰｉｎ）引腳則輸出與內(nèi)部顯示ＲＡＭ區(qū)相對(duì)應(yīng)的顯示信號(hào)。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(shè)置顯示存儲(chǔ)器地址命令時(shí)要特別注意，顯示存儲(chǔ)器的初始地址要設(shè)置為“０４Ｈ”。如果點(diǎn)亮哪一段，相應(yīng)的顯示ＲＡＭ的相應(yīng)位要置１；ＴＰ６３１２Ｆ的段線和ＶＦＤ的陽極不是順次一一對(duì)應(yīng)連接，而是逆序?qū)?yīng)的，即ＴＰ６３１２Ｆ的段線最高（低）位應(yīng)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?yàn)橛≈齐娐钒逡瞥蓡蚊姘?，因而連接做了這樣的改動(dòng)。在軟件編制時(shí)，對(duì)于數(shù)字字符和一些簡(jiǎn)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(shí)將七段碼循環(huán)移位操作即可；而對(duì)于圖形顯示，則應(yīng)將編碼表按電路實(shí)際編碼來進(jìn)行連接。

ＴＰ６３１２Ｆ有四個(gè)ＬＥＤ輸出口（ＬＥＤｎ，ｎ＝０～３），本系統(tǒng)只用其中一個(gè)（ＬＥＤ０）作為電源開關(guān)指示燈。當(dāng)向ＬＥＤ驅(qū)動(dòng)鎖存器的某一位寫０時(shí)，被該位驅(qū)動(dòng)的ＬＥＤ就點(diǎn)亮，寫１時(shí)被該位驅(qū)動(dòng)的ＬＥＤ熄滅。

２．４燈絲和驅(qū)動(dòng)電路工作電源

ＶＦＤ燈絲在工作時(shí)只有產(chǎn)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(qū)動(dòng)和直流驅(qū)動(dòng)兩種工作方式。其中交流驅(qū)動(dòng)有兩種接法，一是燈絲的單側(cè)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(duì)于有中心抽頭的脈沖變壓器，在選擇ＤＣ－ＤＣ變換器時(shí)，要注意不能有極端的直流成分、可聞?lì)l率成分或尖峰脈沖，而且有效值要與標(biāo)準(zhǔn)值一致，振蕩頻率應(yīng)在３０ｋＨｚ以上；而對(duì)于直流驅(qū)動(dòng)，由于燈絲加熱的直流電壓在燈絲上會(huì)有一個(gè)電位分布，這樣，兩燈絲將會(huì)存在不平衡的高低梯度。為了獲得均勻的亮度，必須對(duì)熒光顯示屏柵極和燈絲間的實(shí)際距離進(jìn)行設(shè)計(jì)補(bǔ)償。鑒于設(shè)計(jì)補(bǔ)償?shù)姆秶邢?，且直流燈絲的構(gòu)造設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)工作方式。

電磁爐ＶＦＤ采用的燈絲電壓（ＦｉｌａｍｅｎｔＶｏｌｔａｇｅ）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(qū)動(dòng)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(jīng)Ｄ３整流濾波后供給驅(qū)動(dòng)電路。

３系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于ＴＰ６３１２Ｆ控制／驅(qū)動(dòng)芯片的ＶＦＤ顯示和鍵盤電路在硬件上十分簡(jiǎn)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(shí)最重要的是對(duì)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(xiàng)功能。另外還有鐘控、遙控、時(shí)間設(shè)置、定時(shí)、開機(jī)關(guān)機(jī)、火力、功率、溫度調(diào)節(jié)以及檢測(cè)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(guān)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(zhuǎn)化、查表以及對(duì)送入ＶＦＤ顯示的ＲＡＭ數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)部分，一是對(duì)ＴＰ６３１２Ｆ的ＳＷ開關(guān)量的查鍵，即由ｒｅａｄ＿ｔｐ６３１２＿ｓｗ（）子函數(shù)讀ＴＰ６３１２Ｆ的開關(guān)量輸入鎖存器；二是對(duì)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(duì)ＴＰ６３１２的讀、寫子程序。對(duì)于ＶＦＤ要顯示的數(shù)字或字符，設(shè)計(jì)時(shí)不用對(duì)每一段都進(jìn)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(duì)于ＶＦＤ圖形顯示，則要對(duì)每一段所對(duì)應(yīng)的陽極進(jìn)行單獨(dú)編碼。這樣有利于靈活編程，也可以減少程序代碼的長(zhǎng)度。對(duì)于ｓｅｔ＿ｋｅｙ＿ｖａｌｕｅ（）、ｖｆｄ＿ｄｉｓｐｌａｙ（）、ｔｐ６３１２＿ｌｅｄ（）三個(gè)子函數(shù)（包括對(duì)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(shí)不可過長(zhǎng)，延時(shí)太長(zhǎng)會(huì)影響按鍵掃描和顯示刷新。

４　結(jié)束語