大尺寸數碼管的動態驅動和保護電路設計

數碼管顯示驅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的CH452L，其性價比較高。CH452L內置時鐘振蕩電路，可以動態驅動1英寸以下的8位共陰數碼管或者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通過可以級聯的4線串行接口或者2線串行接口與單片機等交換數據。這里使用4線串行接口與ATmegal6連接，具有編程簡單、穩定可靠的特點。
CH452L的第17腳(H3L2)是接口模式選擇，接高電平為4線模式。
CH452L也不能直接驅動4英寸數碼管，必須進行擴充，擴充電路就是圖1。單片機將顯示的數據送給CH452L即可，由CH452L代替單片機完成澤碼和數碼管的動態掃描等任務。

3 保護電路設計
3英寸以上的數碼管，單塊價格已超過單片機芯片。由于動態掃描驅動電路的特點，為了達到需要的亮度，每個LED所加的脈沖電流遠大于靜態驅動時的極限電流值。如果驅動電路有故障，長時間將大電流加在數碼管上，將導致數碼管燒傷、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 驅動電路故障和危害
在上述驅動擴充電路中，如果段驅動電路ULN2803損壞，只會出現顯示混亂現象，對大尺寸數碼管不造成傷害；如果字驅動達林頓管TIPl27斷路，只是相應位的數碼管不顯示，也無傷害；如果74LS07某位斷路，TIPl27不會導通，數碼管也不會長時間過流。
如果字驅動達林頓管TIPl27短路或者74LS07的某位對地短路，相應位的大尺寸數碼管將一直得電，造成數碼管長時間過流損傷，因此必須避免這種情況發生。在掃描空隙時，檢測數碼管的陽極電壓，就能發現這種故障。
3．2 故障檢測和保護
如圖4所示，在每個大尺寸數碼管的陽極進行驅動電壓取樣，任一時刻只有1個數碼管的字驅動被掃描選中，即TIPl27導通。取樣電壓約為數碼管的供電電壓(這里是12 V)，未選中的為0 V(TIPl27截止后的漏電流極小，相當于完全關斷)。通過ULN2803進行電平轉換，送入單片機的PB口檢測。所有大尺寸數碼管通過繼電器K1的常閉觸點供電，K1受控于單片機的PA0口。
對于圖2電路，在每一輪數碼管顯示掃描程序開始前加上以下監測和保護代碼：
／／顯示掃描函數開始
／／監測和保護的關鍵代碼示意，只用于說明取樣、保護、報警的編程思路

／／原有數碼管掃描代碼開始
／／選通第一位數碼管，輸出相應代碼
對于圖3電路，由于CH452L的第8個數碼管字選位DIG7未用，因此用DIG7作為取樣觸發信號(SSTART)觸發ATmegal6的中斷INTO，在中斷程序中加入上述監測和保護代碼，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個數碼管得電工作，多于1個即可認為驅動電路有致命故障發生。
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口數量不足，可以用74LSl65(并行輸入轉串行輸出)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驅動電路，要注意防止因程序設計不合理或者死機對大尺寸數碼管造成的長時間過流損傷。專用數碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制芯片多由純硬件邏輯實現，不會出現死機現象。