大尺寸數(shù)碼管的動態(tài)驅(qū)動和保護電路設(shè)計

數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制芯片很多，作者選用的是南京沁恒電子有限公司生產(chǎn)的CH452L，其性價比較高。CH452L內(nèi)置時鐘振蕩電路，可以動態(tài)驅(qū)動1英寸以下的8位共陰數(shù)碼管或者64只LED，具有BCD譯碼、閃爍、移位、段位尋址、光柱譯碼等功能；同時還可以進行64鍵的鍵盤掃描。CH452L通過可以級聯(lián)的4線串行接口或者2線串行接口與單片機等交換數(shù)據(jù)。這里使用4線串行接口與ATmegal6連接，具有編程簡單、穩(wěn)定可靠的特點。
CH452L的第17腳(H3L2)是接口模式選擇，接高電平為4線模式。
CH452L也不能直接驅(qū)動4英寸數(shù)碼管，必須進行擴充，擴充電路就是圖1。單片機將顯示的數(shù)據(jù)送給CH452L即可，由CH452L代替單片機完成澤碼和數(shù)碼管的動態(tài)掃描等任務。

3 保護電路設(shè)計
3英寸以上的數(shù)碼管，單塊價格已超過單片機芯片。由于動態(tài)掃描驅(qū)動電路的特點，為了達到需要的亮度，每個LED所加的脈沖電流遠大于靜態(tài)驅(qū)動時的極限電流值。如果驅(qū)動電路有故障，長時間將大電流加在數(shù)碼管上，將導致數(shù)碼管燒傷、亮度嚴重衰減、壽命縮短、甚至損壞，因此要加必要的保護電路，如圖4所示。

3．1 驅(qū)動電路故障和危害
在上述驅(qū)動擴充電路中，如果段驅(qū)動電路ULN2803損壞，只會出現(xiàn)顯示混亂現(xiàn)象，對大尺寸數(shù)碼管不造成傷害；如果字驅(qū)動達林頓管TIPl27斷路，只是相應位的數(shù)碼管不顯示，也無傷害；如果74LS07某位斷路，TIPl27不會導通，數(shù)碼管也不會長時間過流。
如果字驅(qū)動達林頓管TIPl27短路或者74LS07的某位對地短路，相應位的大尺寸數(shù)碼管將一直得電，造成數(shù)碼管長時間過流損傷，因此必須避免這種情況發(fā)生。在掃描空隙時，檢測數(shù)碼管的陽極電壓，就能發(fā)現(xiàn)這種故障。
3．2 故障檢測和保護
如圖4所示，在每個大尺寸數(shù)碼管的陽極進行驅(qū)動電壓取樣，任一時刻只有1個數(shù)碼管的字驅(qū)動被掃描選中，即TIPl27導通。取樣電壓約為數(shù)碼管的供電電壓(這里是12 V)，未選中的為0 V(TIPl27截止后的漏電流極小，相當于完全關(guān)斷)。通過ULN2803進行電平轉(zhuǎn)換，送入單片機的PB口檢測。所有大尺寸數(shù)碼管通過繼電器K1的常閉觸點供電，K1受控于單片機的PA0口。
對于圖2電路，在每一輪數(shù)碼管顯示掃描程序開始前加上以下監(jiān)測和保護代碼：
／／顯示掃描函數(shù)開始
／／監(jiān)測和保護的關(guān)鍵代碼示意，只用于說明取樣、保護、報警的編程思路

／／原有數(shù)碼管掃描代碼開始
／／選通第一位數(shù)碼管，輸出相應代碼
對于圖3電路，由于CH452L的第8個數(shù)碼管字選位DIG7未用，因此用DIG7作為取樣觸發(fā)信號(SSTART)觸發(fā)ATmegal6的中斷INTO，在中斷程序中加入上述監(jiān)測和保護代碼，即可完成采樣和保護功能。
3．3 幾個要點
①如果不具備圖2、圖3電路的取樣時機條件，可采取隨機讀取的方式。需要明確，任何時刻只有1個數(shù)碼管得電工作，多于1個即可認為驅(qū)動電路有致命故障發(fā)生。
②抗干擾：在取樣電路并接小容量電容，濾除雜波干擾；軟件采取多次采樣、表決方式，防止保護電路誤動作。
③取樣電路的電平轉(zhuǎn)換可以采取晶體管、光耦，甚至是電阻分壓的方式。
④如果單片機I／O口數(shù)量不足，可以用74LSl65(并行輸入轉(zhuǎn)串行輸出)等電路進行取樣電路擴展。
⑤對于由單片機完成掃描的動態(tài)驅(qū)動電路，要注意防止因程序設(shè)計不合理或者死機對大尺寸數(shù)碼管造成的長時間過流損傷。專用數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制芯片多由純硬件邏輯實現(xiàn)，不會出現(xiàn)死機現(xiàn)象。