隨著計算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電器設(shè)備的輸出顯示技術(shù)也變得復(fù)雜多樣，諸如CRT顯示、LCD顯示、多位LED顯示及發(fā)光二極管顯示等應(yīng)運而生。在這些顯示當(dāng)中，LED及發(fā)光二極管顯示電路較為簡單，成本也較低，在功能單一的儀器儀表與機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用較廣。但當(dāng)設(shè)備顯示的點或位較多時，就需要采用一定的驅(qū)動電路與相應(yīng)的驅(qū)動方式。
　　在LED的驅(qū)動和顯示單元的設(shè)計中，采用的方式有許多種：利用計算機(jī)芯片的端口作為LED的驅(qū)動口，并通過軟件編程加外部驅(qū)動實現(xiàn)，缺點是占用計算機(jī)芯片的時間和相關(guān)資源；利用專用接口芯片如Intel8155、8255等作為計算機(jī)芯片的端口擴(kuò)展，并通過軟件編程加外部驅(qū)動實現(xiàn)，缺點是電路較復(fù)雜，功耗較大，也要占用計算機(jī)芯片的時間和相關(guān)資源；利用顯示用專用芯片如Intel8279、MAX7219、PS7219等，可實現(xiàn)較復(fù)雜的功能，但其占用計算機(jī)芯片端口還是較多，并且芯片價格較高。大多數(shù)顯示驅(qū)動器都沒有嚴(yán)格的總線時序，在強(qiáng)干擾環(huán)境下容易造成時序混亂，使顯示不正常。本文討論的LED顯示方案是利用Philips公司的LPC系列單片機(jī)芯片的電路特性，從另一種形式來定制專用的LED顯示驅(qū)動控制器芯片。主要利用基于I²C總線的通訊接口，使連接可靠；且基于軟件編程控制顯示，使顯示方式及種類多樣。由于LPC系列芯片的端口驅(qū)動能力較強(qiáng)，一般的LED可直接連接，在不外加元件的情況下，可實現(xiàn)多位LED或大量發(fā)光二極管的顯示，與其它芯片連接時，占用的I/O" title="I/O">I/O口較少。
1 4位7段LED顯示器
　　通常的4位LED顯示器如圖1所示，其內(nèi)部由多只發(fā)光二極管構(gòu)成，按連接方式不同可分為共陽極LED與共陰極LED。其電路特性基本一致：發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降為1.2V～1.8V、正向工作電流為2mA～15mA。在顯示驅(qū)動方式中，采用動態(tài)掃描。當(dāng)掃描到n1～n4公共端時，LED驅(qū)動器分別對應(yīng)輸出a～dp的顯示段，LED就能正常顯示。在自定制LED顯示驅(qū)動器芯片中，LPC系列中的P87LPC762單片機(jī)芯片具有較好的端口設(shè)置與較強(qiáng)的內(nèi)部功能，因此可以通過編程設(shè)置其引腳功能作為LED顯示器的驅(qū)動芯片。

2 定制4位7段LED顯示驅(qū)動器芯片
　　要實現(xiàn)4位7段LED的顯示，只要使流過發(fā)光二極管每段的電流達(dá)到要求就可以了。在這里選用Philips公司LPC系列的P87LPC762單片機(jī)實現(xiàn)顯示驅(qū)動電路。P87LPC762是一款增強(qiáng)型51系列的單片機(jī)，除具有一般單片機(jī)的功能外，還具有驅(qū)動LED的性能：
　　·I/O口具有上拉" title="上拉">上拉輸出模式或開漏輸出模式設(shè)置，可作為共陰極或共陽極LED的段輸出與位輸出。
　　·具有較大的端口拉電流或灌電流，內(nèi)部有短路保護(hù)功能，可實現(xiàn)LED的電流驅(qū)動。
　　·當(dāng)設(shè)計4位LED驅(qū)動器時，芯片其余引腳可作I²C總線地址設(shè)置、LED的極性選擇。
　　·內(nèi)部有2K的OPT，可作為程序存儲器，用以實現(xiàn)接口與顯示程序化。
　　·自帶I²C硬件接口，便于接口編程與多芯片連接。
　　·內(nèi)部看門狗與內(nèi)部復(fù)位，可提高驅(qū)動顯示的可靠性。
　　·內(nèi)部設(shè)有RC振蕩器，減少了外部元件。
　　P87LPC762芯片的引腳功能如圖2所示。它有三個端口：Port0、Port1、Port2。當(dāng)選擇內(nèi)部振蕩和內(nèi)部復(fù)位時，最大的I/O端口數(shù)目可達(dá)到18個。大多數(shù)端口均可以通過軟件配置成準(zhǔn)雙向、上拉、輸入、開漏輸出四種類型之一。對于上拉輸出模式，P87LPC762在標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)雙向口基礎(chǔ)上增加了第三只三極管以提供強(qiáng)上拉功能，在高電平時可輸出很大的拉電流；對于開漏輸出模式，端口對外可提供很大的灌電流；對于輸入模式，端口引腳電平由外部電壓決定。

　　根據(jù)4位動態(tài)LED的顯示特性，在此對P87LPC762的端口作定義，定義引腳如表1所示。P0.0～P0.7作為4位LED的段輸出，根據(jù)LED極性不同，端口可設(shè)為上拉輸出或開漏輸出；P1.0、P1.1、P1.6、P1.7作為4位LED的位輸出，根據(jù)LED極性不同，端口可設(shè)為開漏輸出或上拉輸出；P1.5作為LED的極性選擇，設(shè)置為輸入模式；P2.1、P2.0、P1.4作為I²C總線外部地址，便于多芯片連接時對I²C總線地址設(shè)定，設(shè)置為輸入模式；P1.2、P1.3保持I²C總線接口功能不變。定義后的芯片引腳如圖3所示。

　　要實現(xiàn)以上的芯片設(shè)置，P87LPC762的部分內(nèi)部特殊功能寄存器及引腳設(shè)置如表2所示。PxMx為端口模式設(shè)置，配合LED極性進(jìn)行選擇。UCFG1為芯片系統(tǒng)配置字，在芯片編程時需寫入，在程序運行后便不可以設(shè)置了。當(dāng)配置字為FBH時，其意義為：啟動看門狗、內(nèi)部復(fù)位、復(fù)位后口線為高電平、欠壓電壓為2.5V、六個Clock時鐘，內(nèi)部RC振蕩器。

3 定制6位“米”字段LED顯示驅(qū)動器芯片
　　通常，1位“米”字段LED顯示器外形圖如圖4所示，其內(nèi)部由多只發(fā)光二極管構(gòu)成。如要組成6位“米”字段LED顯示器，需將相同的段、位分別連接起來，每位公共端引出以便進(jìn)行動態(tài)掃描。根據(jù)發(fā)光二極管連接極性不同，可分為共陽極與共陰極兩種方式。6位“米”字段LED顯示器由于輸出段、位較多，可選用LPC系列的P89LPC932芯片實現(xiàn)顯示驅(qū)動電路，其引腳為28腳封裝，最大的I/O端口數(shù)目可達(dá)到26個，功能引腳如圖5所示。P89LPC932具有與P87LPC762相同的端口電氣特性，并且具有較多的I/O端口，因此可以將它作為6位“米”字段LED顯示器的驅(qū)動器芯片。新定制的驅(qū)動器芯片引腳如圖6所示：a～n為驅(qū)動段輸出，n1～n6為驅(qū)動位輸出；A/K作為共陽極與共陰極的選擇端；A0～A2作為I²C總線外部地址選擇，最多可連接8只外部芯片；SDA、SCL保持I²C總線接口功能不變。

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4 定制的LED顯示驅(qū)動器芯片的應(yīng)用
　　以定制的4位7段LED顯示驅(qū)動器芯片為例，設(shè)計的LED顯示驅(qū)動器的原理圖如圖7所示。它采用89C52" title="89C52">89C52單片機(jī)的通用I/O口P1.0、P1.1作為模擬I²C總線；LED顯示器為4位共陰極LED，A/K引腳接電源；顯示驅(qū)動芯片采用P87LPC762作定制，命名為LED-762。第一塊芯片的I²C總線外部地址為000，用A0、A1、A2引腳接地來實現(xiàn)，其余芯片地址依次設(shè)置，最多可連接8只外部芯片(圖中未畫出)。從電路圖來看，LED-762可以不加任何外部元件就可以作為LED的驅(qū)動器，由于采用I²C總線連接，占用系統(tǒng)資源最少，電路較簡單。如在I²C總線上連接8只LED-762， LED擴(kuò)展位數(shù)可達(dá)到32位。對于“米”字段LED顯示驅(qū)動器芯片的應(yīng)用，可采用同樣的連接方式。在同樣的I²C總線上，最多可擴(kuò)展的“米”字段LED可達(dá)到48位，足可以滿足一般使用要求。

　　為了提高I²C總線驅(qū)動能力，在實現(xiàn)多片連接時，SCL、SDA需接總線匹配上拉電阻。
5 定制的LED顯示驅(qū)動器芯片的軟件編程
　　由于LPC系列芯片內(nèi)部帶有支持I²C總線硬件接口，用戶可以直接把它作為I²C總線的主控器或I²C總線的被控器。被控器通過I²C硬件中斷處理可實現(xiàn)從總線上接收或發(fā)送數(shù)據(jù)；主控器操作I²C總線可實現(xiàn)起始時序、數(shù)據(jù)時序、應(yīng)答時序、停止時序來檢測I²C總線被控器，并實現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送。I²C總線上的被控器是以I²C總線地址來區(qū)別的。I²C總線地址統(tǒng)一由I²C總線委員會實現(xiàn)分配，芯片地址共7位(它占據(jù)了D7～D1位)，高4位(D7～D4)決定芯片種類，用戶也可以自定義芯片種類，低3位(D3～D1)通過芯片A0、A1、A2引腳設(shè)置。
　　當(dāng)使用帶有I²C總線接口的LPC系列芯片定制LED顯示驅(qū)動器芯片時，定制的LED顯示驅(qū)動器芯片設(shè)置為被控器，而要發(fā)送顯示數(shù)據(jù)的CPU設(shè)置為I²C總線主控器。定制的LED顯示驅(qū)動芯片通過I²C中斷接收數(shù)據(jù)的流程圖如圖8所示。當(dāng)從I²C總線上接收第一個數(shù)據(jù)時，判斷是否與本芯片地址相同，如相同并且為寫顯示數(shù)據(jù)，則發(fā)送應(yīng)答時序接收4位顯示數(shù)據(jù)，然后I²C接口恢復(fù)到空閑狀態(tài)。要實現(xiàn)LED動態(tài)顯示，可對LED顯示驅(qū)動器編制顯示程序，根據(jù)LED極性輸入，分別送出要顯示的段和位，LED就能正常顯示。

　　根據(jù)I²C總線協(xié)議要求，對主控器發(fā)送來的數(shù)據(jù)有一定的響應(yīng)時間要求。最短時間可由RC振蕩器的倍頻頻率和中斷響應(yīng)時間來決定，最高速率可達(dá)到400kbs/s。最低速率可由LPC系列內(nèi)部專用I²C定時器I來控制，為了適應(yīng)非標(biāo)準(zhǔn)的低速率的I²C總線操作，可關(guān)閉定時器I。
6 芯片測試及主要性能指標(biāo)
　　按照定制要求，將完整的LED顯示驅(qū)動程序與芯片設(shè)置參數(shù)通過編程器固化后，要制作芯片測試連接圖，如圖7所示。這里采用89C52的P1.0與P1.1作為模擬I²C總線控制線，編寫模擬I²C驅(qū)動程序。而且，89C52主機(jī)重新復(fù)位、I²C總線通訊斷線等情況下均不能影響顯示驅(qū)動器的下一次正常數(shù)據(jù)接收。如果關(guān)閉定制的LED驅(qū)動器中的定時器I，模擬I²C程序暫停、單步調(diào)試定制的LED驅(qū)動器也能正常驅(qū)動顯示。由于Philips公司的LPC系列芯片端口輸出電流能力較強(qiáng)，在驅(qū)動0.5英寸共陰極與共陽極LED時，LED亮度均達(dá)到要求。在長期全亮顯示時，定制的LED驅(qū)動芯片溫升正常，能夠長期連續(xù)工作。在實際使用時，控制端口A/及A0、A1、A2由于編程時設(shè)置成輸入模式，故其懸空時輸入電平為不確定狀態(tài)，并隨機(jī)變化，有可能造成不正常顯示，應(yīng)根據(jù)地址設(shè)定要求，強(qiáng)制接VCC或GND。