大尺寸数码管的动态驱动和保护电路设计
LED数码管是单片机系统常用的显示器件，1英寸以上的LED数码管的每个字段都是由多个发光二极管串、并联组成，在此称为大尺寸数码管。大尺寸数码管虽然不能显示汉字等复杂字符，但数字显示效果好，可视距离远，成本低，符合人的视觉习惯，有着广泛的用途。其结构特性要求驱动电路提供较高的电压和电流，可用动态和静态方式驱动。笔者设计的“广电播控机房大尺寸综合显尔器”就是用动态驱动大尺寸数码管的方式实现的，本文给出的都是实际使用的电路。
1 大尺寸数码管特性
图1是深圳佳美公司JM-S40O11D4英寸共阳高亮红色数码管各字段的组成。A～G7个段都是由8只发光二极管串、并联而成；DP是小数点，由2只发光二极管串联而成。单个发光二极管的极限和光电参数如表1所列。
否 正向电流If(20 mA)是长时间静态驱动时的电流最大值，如果超过此值，将导致数码管寿命下降，甚至损坏。峰值电流Ipeak(100 mA)足动态驱动时的脉冲电流最大值。JM―S40011 D的A～G字段的导通电压为7．2～8V，单管脉冲电流一般选50 mA，超过50 mA后其亮度就不与电流成比例增加了。
2 动态驱动电路设计2例
动态扣描驱动利用人眼的特性，分时进行LED数码管驱动，人眼感受的是有效亮度的平均值。其优点是驱动芯片少，电路简单，成本低。
扩充电压、电流的驱动电路形式很多。图2、图3是“广电播控机房大尺寸综合显示器”显示部分的主要电路，由6只4英寸高亮红色共阳数码管(N1～N6)组成，主控单片机为关国Atmel公司的AVR系列ATmegal6。主控单片机通过数码管驱动电路在大尺寸数码管上以一定时长分时显示“时、分、秒”、“年”、“月、日”、“温度”、“湿度”等信息。
2．1 单片机完成扫描的动态驱动电路
图2电路中，单片机ATmegal6完成译码、动态扫描等功能。74LS07是6同相电平转换电路，输出级是集电极开路的晶体管，耐压30 V，驱动电流30 mA，在ATmegal6PA0～PA5口电平控制下驱动Q1～Q6 PNP达林顿功率管TIPl27，实现6只共阳数码管的字驱动。ULN2803是8位NPN达林顿阵列，耐压50 V，驱动电流500 mA，这里用于ATmegal6 PCO～PC7口数码管段驱动的扩充。任一时刻，只有1个数码管得电，数码管的阳极接SAl～SA6，用于驱动电压取样。
R1～R8是大尺寸数码管A～G字段的限流电阻，电阻值和功率根据以下因素计算：
◆大尺寸数码管的供电电压，各段的导通电压；
◆TIPl27和ULN2803的导通压降；
◆组成大尺寸数码管的单个发光二极管的驱动电流。
本设计中，单个发光二极管的驱动电流为45 mA，供电电压12 V，限流电阻选用33 Ω，O．5 W规格。
本电路占用单片机的I／O口较多，单片机要完成数码管的译码、扫描等任务，负担较重，但对一些小应用来说是不错的选择。
2．2 专用芯片完成扫描的动态驱动电路
后续设计中，系统增加了很多功能，单片机负担加重，大尺寸数码管显示时出现闪烁现象。增加专用芯片完成数码管的扫描驱动、按键检测等功能，以减轻单片机的资源占用，简化程序设计，效果很好，如图3所示。
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