用户自定制LED驱动器的设计-P87LPC762

用户自定制LED驱动器的设计-P87LPC762
随着计算机技术和电子技术的飞速发展和广泛应用，电器设备的输出显示技术也变得复杂多样，诸如CRT显示、LCD显示、多位LED显示及发光二极管显示等应运而生。在这些显示当中，LED及发光二极管显示电路较为简单，成本也较低，在功能单一的仪器仪表与机电设备中应用较广。但当设备显示的点或位较多时，就需要采用一定的驱动电路与相应的驱动方式。 　　

在LED的驱动和显示单元的设计中，采用的方式有许多种：利用计算机芯片的端口作为LED的驱动口,并通过软件编程加外部驱动实现,缺点是占用计算机芯片的时间和相关资源；利用专用接口芯片如Intel8155、8255等作为计算机芯片的端口扩展，并通过软件编程加外部驱动实现，缺点是电路较复杂，功耗较大，也要占用计算机芯片的时间和相关资源；利用显示用专用芯片如Intel8279、MAX7219

1、4位7段LED显示器
通常的4位LED显示器如图1所示，其内部由多只发光二极管构成，按连接方式不同可分为共阳极LED与共阴极LED。其电路特性基本一致：发光二极管导通压降为1.2V～1.8V、正向工作电流为2mA～15mA。在显示驱动方式中，采用动态扫描。当扫描到n1～n4公共端时，LED驱动器分别对应输出a～dp的显示段，LED就能正常显示。在自定制LED显示驱动器芯片中，LPC系列中的P87LPC762单片机芯片具有较好的端口设置与较强的内部功能，因此可以通过编程设置其引脚功能作为LED显示器的驱动芯片。

图14位LED显示器 　　

2、定制4位7段LED显示驱动器芯片
要实现4位7段LED的显示，只要使流过发光二极管每段的电流达到要求就可以了。在这里选用Philips公司LPC系列的P87LPC762单片机实现显示驱动电路。P87LPC762是一款增强型51系列的单片机，除具有一般单片机的功能外，还具有驱动LED的性能：　　

I/O口具有上拉输出模式或开漏输出模式设置，可作为共阴极或共阳极LED的段输出与位输出。 　　
具有较大的埠拉电流或灌电流，内部有短路保护功能，可实现LED的电流驱动。 　　
当设计4位LED驱动器时，芯片其余引脚可作I2C总线地址设置、LED的极性选择。 　　
内部有2K的OPT，可作为程序内存，用以实现接口与显示程序化。 　　
自带I2C硬件接口，便于接口编程与多芯片连接。 　　
内部看门狗与内部复位，可提高驱动显示的可靠性。 　　
内部设有RC振荡器，减少了外部组件。 　　

P87LPC762芯片的引脚功能如图2所示。它有三个埠：Port0、Port1、Port2。当选择内部振荡和内部复位时，最大的I/O埠数目可达到18个。大多数端口均可以通过软件配置成准双向、上拉、输入、开漏输出四种类型之一。对于上拉输出模式，P87LPC762在标准的准双向口基础上增加了第三只三极管以提供强上拉功能,在高电平时可输出很大的拉电流；对于开漏输出模式，端口对外可提供很大的灌电流；对于输入模式，端口引脚电平由外部电压决定。 　　

根据4位动态LED的显示特性，在此对P87LPC762的埠作定义，定义引脚如表1所示。P0.0～P0.7作为4位LED的段输出，根据LED极性不同，埠可设为上拉输出或开漏输出；P1.0、P1.1、P1.6、P1.7作为4位LED的位输出，根据LED极性不同，埠可设为开漏输出或上拉输出；P1.5作为LED的极性选择，设置为输入模式；P2.1、P2.0、P1.4作为I2C总线外部地址，便于多芯片连接时对I2C总线地址设定，设置为输入模式；P1.2、P1.3保持I2C总线接口功能不变。定义后的芯片引脚如图3所示。

图2 P87LPC762芯片原引脚功能

图3 P87LPC762新定制芯片引脚定义　　

要实现以上的芯片设置，P87LPC762的部分内部特殊功能寄存器及引脚设置如表2所示。PxMx为端口模式设置，配合LED极性进行选择。UCFG1为芯片系统配置字，在芯片编程时需写入，在程序运行后便不可以设置了。当配置字为FBH时，其意义为：启动看门狗、内部复位、复位后口线为高电平、欠压电压为2.5V、六个Clock时钟，内部RC振荡器。 　　

3、定制6位“米”字段LED显示驱动器芯片
通常，1位“米”字段LED显示器外形图如图4所示，其内部由多只发光二极管构成。如要组成6位“米”字段LED显示器，需将相同的段、位分别连接起来，每位公共端引出以便进行动态扫描。根据发光二极管连接极性不同，可分为共阳极与共阴极两种方式。6位“米”字段LED显示器由于输出段、位较多，可选用LPC系列的P89LPC932芯片实现显示驱动电路，其引脚为28脚封装，最大的I/O埠数目可达到26个，功能引脚如图5所示。P89LPC932具有与P87LPC762相同的埠电气特性，并且具有较多的I/O埠，因此可以将它作为6位“米”字段LED显示器的驱动器芯片。新定制的驱动器芯片引脚如图6所示：a～n为驱动段输出，n1～n6为驱动位输出；A/K作为共阳极与共阴极的选择端；;A0～A2作为I2C总线外部地址选择，最多可连接8只外部芯片；SDA、SCL保持I2C总线接口功能不变。

图6 P89LPC932新定制芯片引脚定义

4、定制的LED显示驱动器芯片的应用
以定制的4位7段LED显示驱动器芯片为例，设计的LED显示驱动器的原理图如图7所示。它采用89C52单片机的通用I/O口P1.0、P1.1作为模拟I2C总线；LED显示器为4位共阴极LED，A/K引脚接电源；显示驱动芯片采用P87LPC762作定制，命名为LED-762。第一块芯片的I2C总线外部地址为000，用A0、A1、A2引脚接地来实现，其余芯片地址依次设置，最多可连接8只外部芯片(图中未画出)。从电路图来看,LED-762可以不加任何外部组件就可以作为LED的驱动器，由于采用I2C总线连接，占用系统资源最少，电路较简单。如在I2C总线上连接8只LED-762， LED扩展位数可达到32位。对于“米”字段LED显示驱动器芯片的应用，可采用同样的连接方式。在同样的I2C总线上，最多可扩展的“米”字段LED可达到48位，足可以满足一般使用要求。 　　
为了提高I2C总线驱动能力，在实现多片连接时，SCL、SDA需接总线匹配上拉电阻。

5、定制的LED显示驱动器芯片的软件编程
由于LPC系列芯片内部带有支持I2C总线硬件接口，用户可以直接把它作为I2C总线的主控器或I2C总线的被控器。被控器通过I2C硬件中断处理可实现从总线上接收或发送数据；主控器 *** 作I2C总线可实现起始时序、数据时序、应答时序、停止时序来检测I2C总线被控器，并实现相应的数据传送。I2C总线上的被控器是以I2C总线地址来区别的。I2C总线地址统一由I2C总线委员会实现分配，芯片地址共7位(它占据了D7～D1位)，高4位(D7～D4)决定芯片种类，用户也可以自定义芯片种类，低3位(D3～D1)通过芯片A0、A1、A2引脚设置。 　　

当使用带有I2C总线接口的LPC系列芯片定制LED显示驱动器芯片时，定制的LED显示驱动器芯片设置为被控器，而要发送显示数据的CPU设置为I2C总线主控器。定制的LED显示驱动芯片通过I2C中断接收资料的流程图如图8所示。当从I2C总线上接收第一个数据时，判断是否与本芯片地址相同，如相同并且为写显示数据，则发送应答时序接收4位显示数据，然后I2C接口恢复到空闲状态。要实现LED动态显示，可对LED显示驱动器编制显示程序，根据LED极性输入，分别送出要显示的段和位，LED就能正常显示。

参考文献
1 张毅刚，彭喜源，谭晓昀等. MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997
2 何立民. I2C总线应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社, 1995
3 周航慈.51LPC 系列OTP 单片机原理及应用设计. 北京:北京航空航天大学出版社,2000