LED数码管的使用方法

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LED数码管一般要通过集成电路驱动,才能正常显示。因此本文先介绍集成电路驱动器的分类,然后再介绍它与LED数码管配套使用的方法。

集成电路驱动器的分类

表1列出常用的驱动器的型号。这些IC的共同特点是内部都有大电流驱动器,能使LED数码管正常发光。驱动器的种类很多,按电路功能划分,有驱动器、译码/驱动器、计数/译码/驱动器3种类型。

图1
图1 🔍原图 (894×944)

采用静态显示时,一片译码/驱动器只能驱动一只数码管的笔段电极(段驱动)。多位译码驱动器一般采用动态扫描显示,一片IC可驱动多只数码管,由于芯片集成度高、功能全,可大大简化电路设计。

CMOS驱动器的主要优点是静态功耗低、电源电压范围宽。

利用CD4511驱动LED数码管

CD4511能将二—十进制码(BCD码)译成七段码(a~g),驱动共阴极LED数码管,典型接线如图1所示。4511具有锁存功能,它采用16脚双列直插式,主要管脚功能如下:

图2
图2 🔍原图 (843×649)

V\(_{DD}\)、VSS——分别为正、负电源端,电源电压范围是3~18V,通常取5V、10V等;

A、B、C、D——BCD码输入端,可接CD4518双BCD加法计数器的输出端;

a~g——七段码(高电平有效);

LT-——灯测试端,只要LT-=0(低电平),无论其他输入端状态如何,LED就显示全亮笔划,构成数字“8”,由此可检查数码管的好坏。

BI-——消隐控制端,当BI-=0并且LT-=1(高电平)时,就强迫显示器消隐,不显示任何字形;

LE——锁存控制端,当LE=0时选通,LE=1时锁存。锁存时,显示器总保持锁存前一时刻的计数状态不变,新的数据不能反映到显示器上。利用此端可避免计数过程的跳数现象。

利用CD4511显示七段码的字形如图2所示。

图3
图3 🔍原图 (909×226)

LED数码管的正向压降V\(_{F}\)一般为2V左右,每段工作电流IF为5~10mA,则七段全亮电流为35~70mA。若用4511直接驱动,每段电流将超过LED的最大允许值,容易损坏显示器。因此使用时必须在每段分别串入几百欧的限流电阻,将段电流限制在5~10mA为宜。图1中的R即限流电阻。

CD4511输出的高电平V\(_{OH}\)与输出电流IF的关系见表2。当V\(_{OH}\)、VF、I\(_{F}\)确定之后,利用下式可求出限流电阻的阻值:R=(VOH-V\(_{F}\))/IF

图4
图4 🔍原图 (362×772)

例如设V\(_{DD}\)=5V,VF=2V,选I\(_{F}\)=10mA。查表2知,VOH=3.9V。一并代入上式计算出

R=(3.9-2.0)/0.01=190Ω

电功率P=I\(_{F}\)\(^{2}\)R=0.019W。实选200Ω、1/8W的标称电阻。

V\(_{F}\)值最好用数字万用表的二极管档实际测出。若为估算值,亦可从1.7~2.3V中取中间值2.0V。另外对CMOS电路而言,当IF≤10mA时,还可用V\(_{DD}\)近似代替公式中的VOH值。R值稍有误差,并不影响正常显示。

动态扫描显示电路

所谓动态扫描显示,就是让各位数码管按照一定顺序轮流显示,其优点:第一,能显著降低显示器的功耗,这对电池供电的便携式数字仪表尤为必要;第二,能大大减少显示器的外部接线,给安装调试带来方便;第三,能采用BCD码多路输出的方式工作,不仅简化了译码/驱动器的数量,还容易和微型计算机相连。只要位扫描信号频率足够高,由于人眼的“视觉暂留”现象,就观察不到闪烁现象。

图3是由译码驱动器CD4511和节拍发生器CD4017、七达林顿驱动器MC1413组成的动态扫描显示电路。LED\(_{1}\)~LED5是5只共阴极LED显示器。

图5
图5 🔍原图 (1377×933)

利用CD4069六反相器中的两个反相器组成RC振荡器,产生大约250Hz的时钟信号,送CD4017的CP端,利用上升沿触发4017产生一系列拍脉冲。4017本可以产生十拍信号,现将第6拍(Y5)作复零信号接Cr,因此4017就以Y\(_{0}\)~Y4这五拍为一个周期循环工作。Y\(_{0}\)~Y4的时序波形如图4所示。为能驱动共阴极LED数码管,还必须对Y\(_{0}\)~Y4(正向脉冲)进行反相,并提高驱动能力。MC1413为七路达林顿驱动器(现只用五路),每路最大可输出200mA电流。现用Y\(_{0}\)~Y4作为位选通信号,分别控制T1~T5的导通与截止。当Yi(i=0、1、2、3、4)为高电平时,Ti导通,使第i位的共阴极LED数码管的公共阴极接地,该位即可发光显示。当Yi=0时,Ti截止,所对应的数码管就

图6
图6 🔍原图 (906×856)

结果,作为时钟信号。例如对于五位LED显示器可取f\(_{0}\)=250Hz,便觉察不到多位扫描造成闪烁现象。现取R1=180kΩ,C=0.01μF,代入公式——f\(_{0}\)≈0.455/R1C得到f\(_{0}\)≈250Hz。

段驱动电路由CD4511组成。当V\(_{DD}\)=5V时,可使用220Ω的电组网络或分立电阻起限流作用。4511的输入端接数据总线,总线上的五路BCD码的输出应与位选通信号严格保持同步,以保证扫到哪一位时即显示该位的数据。(李学芝)