MAX6951型LED驅(qū)動(dòng)器及其應(yīng)用

1 引言
    發(fā)光二極管(LED)在工業(yè)控制器儀表、醫(yī)療裝置和家用電器等方面有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的LED顯示驅(qū)動(dòng)器采用74HC573和74LS47等邏輯器件，使用的器件較多，占用較多的微處理器I/O口和較大的電路板面積，特別是在LED數(shù)量大的情況下，這些缺點(diǎn)尤為突出。為了克服這些缺點(diǎn)，串行接口的LED顯示驅(qū)動(dòng)器應(yīng)運(yùn)而生，Maxim公司推出的MAX6950/MAX6951屬于這類驅(qū)動(dòng)器，其輸入引腳少，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，而且集成了譯碼器和亮度控制器。

2 MAX6950/MAX6951
    MAX6950/MAX6951是緊湊的共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，可通過SPI、QSPI、MICROWIRE兼容的串行接口將微處理器連接到獨(dú)立的7段LED數(shù)碼管、條形圖或分立LED。MAX6950可驅(qū)動(dòng)5位7段數(shù)碼管或40個(gè)分立的LED。MAX6951可驅(qū)動(dòng)8位7段數(shù)碼管或64個(gè)分立的LED。
    該驅(qū)動(dòng)器內(nèi)含16進(jìn)制的字符譯碼器(0-9，A-F)、復(fù)用掃描電路、段和數(shù)碼驅(qū)動(dòng)器及用于存儲(chǔ)每位數(shù)字的靜態(tài)RAM。LED段電流由內(nèi)部數(shù)字亮度控制電路設(shè)定。
    除了數(shù)據(jù)寄存器外，還有譯碼模式寄存器(使能16進(jìn)制字符譯碼器)、亮度控制寄存器、掃描限制寄存器(允許用戶選擇1至8位顯示數(shù)字)、配置寄存器(清零、閃爍、關(guān)斷)等。工作模式有：正常模式、低功耗關(guān)斷模式和強(qiáng)制所有LED打開的測(cè)試模式。
    由于采用獨(dú)特的復(fù)用掃描電路，所以MAX6950/MAX6951采用小型16引腳QSOP型封裝。
2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
    MAX6950/MAX6951的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖l所示。

2.1 引腳功能
    圖2示出采用QSOP型封裝的MAX6950/MAX6951的引腳排列，其引腳功能如下所述：
    DIN(引腳1)：串行數(shù)據(jù)輸入，在CLK的上升沿將數(shù)據(jù)移入內(nèi)部16位移位寄存器。
    CLK(引腳2)：串行時(shí)鐘輸入，片選CS有效時(shí)，在CLK的上升沿，數(shù)據(jù)移入內(nèi)部移位寄存器，在CLK的下降沿，數(shù)據(jù)在DOUT端移出。
    DIGX/SEGX(引腳3~6，10~14)：位驅(qū)動(dòng)器，位X輸出吸入來自顯示器共陰極的電流，段X驅(qū)動(dòng)器位顯示器輸出電流，位/段驅(qū)動(dòng)器在關(guān)斷時(shí)處于高阻狀態(tài)。
    ISET(引腳7)：電流設(shè)定，此引腳與GND之間接一個(gè)電阻RSET，設(shè)置峰值電流，該電阻器還與電容器CSET一起設(shè)置多路復(fù)用的顯示時(shí)鐘頻率。
    GND(引腳8)：電源地。
    OSC(引腳9)：多路復(fù)用顯示時(shí)鐘輸出。
    CS(引腳15)：電路選擇輸入，低電平時(shí)，串行數(shù)據(jù)移入移位寄存器，在CS的上升沿鎖存最后的16位數(shù)據(jù)。
    V+(引腳16)：電源正端。
2.3 工作原理
     微控制器將16位串行數(shù)據(jù)發(fā)送到移位寄存器(時(shí)序如圖3所示)，CS信號(hào)跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，數(shù)據(jù)加載到16位鎖存器，接著，對(duì)鎖存器中的16位數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并執(zhí)行相應(yīng)的命令。16位數(shù)據(jù)的高8位是地址，低8位是寄存器的值。有關(guān)寄存器的具體設(shè)置和控制功能，請(qǐng)參閱文獻(xiàn)[1]。

3 應(yīng)用舉例
    下面以MAX6951驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示為例說明此電路的應(yīng)用。某工業(yè)控制器用MAX695l驅(qū)動(dòng)8個(gè)數(shù)碼管，微處理器是以ARM7TDMI為核的PHILIPS公司的LPC2214，軟件開發(fā)平臺(tái)為ADS1.2，通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)MAX6951的控制。在此設(shè)計(jì)中，并沒有使用SPI口，而是使用LPC2214的3個(gè)通用I/O口(P1.15、P1.16、P1.17)。模擬圖3的時(shí)序給MAX6951傳輸數(shù)據(jù)，以完成各種控制和顯示功能。
3.1 硬件電路
    硬件電路如圖4所示，其中DIN、CS、CLK分別與LPC2214的P1.15、P1.16、P1.17相連。由于采用獨(dú)特的引腳復(fù)用方式，要求8個(gè)顯示位(數(shù)碼管)中每個(gè)段碼的連線都不相同，而且每個(gè)顯示位的共陰極連線也不相同，如表1所示。

3.2 軟件設(shè)計(jì)
    軟件主要包括初始化3個(gè)I/0口、模擬輸入時(shí)序和初始化寄存器的狀態(tài)使之符合需求?？刂屏炼?、閃爍和刷新數(shù)字或字符顯示等功能都可以通過調(diào)用數(shù)據(jù)輸入函數(shù)來完成，也可以將這些功能封裝為子函數(shù)以簡(jiǎn)化應(yīng)用。
3.2.1 初始化I/O口
    初始化I/0口的宏定義和程序代碼如下：

3.2.2 輸入時(shí)序的模擬
    依照?qǐng)D3所示的時(shí)序?qū)懗鲚斎牒瘮?shù)，代碼如下：

3.2.3 電路的初始化
    MAX6951上電時(shí)，電路處于關(guān)斷模式，寄存器各有初始值，為此，需要進(jìn)行初始化以符合系統(tǒng)的要求。例如，初始化為正常模式，8個(gè)數(shù)碼管均顯示“0”，亮度為最大且不閃爍，程序代碼如下(命令字含義參閱文獻(xiàn)[1])：

4 同類電路比較
    串行輸入的LED顯示驅(qū)動(dòng)器還有很多種，如ALLEGRO公司的A6275/A6276/A6277，意法半導(dǎo)體公司(ST)的M5450/M5451系列，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS)的LP3943/LP3944，德州儀器(TI)的TLC59xx系列等。這些驅(qū)動(dòng)器要么驅(qū)動(dòng)LED數(shù)目較少，如A6275(8個(gè))和LP3943(16個(gè))，要么引腳數(shù)量較大，如M5451(PDIP40或PLCC44)、TLC5920(SSOl48)。而且，帶有內(nèi)置譯碼器和亮度調(diào)節(jié)等功能的很少。MAX6950/MAX6951的不足之處是價(jià)格較高，因此,這種驅(qū)動(dòng)器適合對(duì)體積、功耗等要求較高，同時(shí)對(duì)成本不很敏感的小型或手持式設(shè)備。

5 結(jié)束語(yǔ)
    MAX6950/MAX6951型LED顯示驅(qū)動(dòng)器使用方便，能完成較為復(fù)雜的顯示功能，節(jié)省電路板空間，在機(jī)頂盒、白色家電、工業(yè)控制器和儀表、醫(yī)療設(shè)備、點(diǎn)陣顯示器和條形圖等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。