大尺寸数码管的动态驱动和保护电路设计

数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片很多，作者选用的是南京沁恒电子有限公司生产的CH452L，其性价比较高。CH452L内置时钟振荡电路，可以动态驱动1英寸以下的8位共阴数码管或者64只LED，具有BCD译码、闪烁、移位、段位寻址、光柱译码等功能；同时还可以进行64键的键盘扫描。CH452L通过可以级联的4线串行接口或者2线串行接口与单片机等交换数据。这里使用4线串行接口与ATmegal6连接，具有编程简单、稳定可靠的特点。
CH452L的第17脚(H3L2)是接口模式选择，接高电平为4线模式。
CH452L也不能直接驱动4英寸数码管，必须进行扩充，扩充电路就是图1。单片机将显示的数据送给CH452L即可，由CH452L代替单片机完成泽码和数码管的动态扫描等任务。

3保护电路设计
3英寸以上的数码管，单块价格已超过单片机芯片。由于动态扫描驱动电路的特点，为了达到需要的亮度，每个LED所加的脉冲电流远大于静态驱动时的极限电流值。如果驱动电路有故障，长时间将大电流加在数码管上，将导致数码管烧伤、亮度严重衰减、寿命缩短、甚至损坏，因此要加必要的保护电路，如图4所示。

3．1 驱动电路故障和危害
在上述驱动扩充电路中，如果段驱动电路ULN2803损坏，只会出现显示混乱现象，对大尺寸数码管不造成伤害；如果字驱动达林顿管TIPl27断路，只是相应位的数码管不显示，也无伤害；如果74LS07某位断路，TIPl27不会导通，数码管也不会长时间过流。
如果字驱动达林顿管TIPl27短路或者74LS07的某位对地短路，相应位的大尺寸数码管将一直得电，造成数码管长时间过流损伤，因此必须避免这种情况发生。在扫描空隙时，检测数码管的阳极电压，就能发现这种故障。
3．2 故障检测和保护
如图4所示，在每个大尺寸数码管的阳极进行驱动电压取样，任一时刻只有1个数码管的字驱动被扫描选中，即TIPl27导通。取样电压约为数码管的供电电压(这里是12 V)，未选中的为0 V(TIPl27截止后的漏电流极小，相当于完全关断)。通过ULN2803进行电平转换，送入单片机的PB口检测。所有大尺寸数码管通过继电器K1的常闭触点供电，K1受控于单片机的PA0口。
对于图2电路，在每一轮数码管显示扫描程序开始前加上以下监测和保护代码：
／／显示扫描函数开始
／／监测和保护的关键代码示意，只用于说明取样、保护、报警的编程思路

／／原有数码管扫描代码开始
／／选通第一位数码管，输出相应代码
对于图3电路，由于CH452L的第8个数码管字选位DIG7未用，因此用DIG7作为取样触发信号(SSTART)触发ATmegal6的中断INTO，在中断程序中加入上述监测和保护代码，即可完成采样和保护功能。
3．3 几个要点
①如果不具备图2、图3电路的取样时机条件，可采取随机读取的方式。需要明确，任何时刻只有1个数码管得电工作，多于1个即可认为驱动电路有致命故障发生。
②抗干扰：在取样电路并接小容量电容，滤除杂波干扰；软件采取多次采样、表决方式，防止保护电路误动作。
③取样电路的电平转换可以采取晶体管、光耦，甚至是电阻分压的方式。
④如果单片机I／O口数量不足，可以用74LSl65(并行输入转串行输出)等电路进行取样电路扩展。
⑤对于由单片机完成扫描的动态驱动电路，要注意防止因程序设计不合理或者死机对大尺寸数码管造成的长时间过流损伤。专用数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片多由纯硬件逻辑实现，不会出现死机现象。