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📄 多路复用方法带来引脚数量更少的led显示器 -- edn电子设计技术.htm

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<H2>您现在的位置：<A href="http://www.ednchina.com/">首页</A>&nbsp;&gt;&nbsp; <A 
class=link_white_underline id=ctl00_Main_TechChannel 
href="http://www.ednchina.com/TechClass/Analog/Default.aspx">模拟设计</A><SPAN 
style="DISPLAY: inline-block">&nbsp;&gt;&nbsp;</SPAN> 正文</H2></DIV>
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<H2 class=center>多路复用方法带来引脚数量更少的LED显示器</H2>
<H3 class="center pt10px gray"><SPAN id=ctl00_Main_TechChannelArea>技术分类： <A 
href="http://www.ednchina.com/TechClass/Analog/Default.aspx">模拟设计</A>&nbsp; 
</SPAN>| 2009-03-04 <BR>Saurabh Gupta和Dhananjay V Gadre，Netaji 
Subhas理工学院（印度新德里杜瓦尔卡）</H3>
<DIV id=ArticleContent>
<P>　　Charlieplexing作为一种<A title=LED 
style="COLOR: blue; TEXT-DECORATION: underline" 
href="http://article.ednchina.com/word/202735.aspx">LED</A>&nbsp;&nbsp;<A 
title=显示器 style="COLOR: blue; TEXT-DECORATION: underline" 
href="http://article.ednchina.com/word/202736.aspx">显示器</A>多路复用方法，最近吸引了很多注意，这是因为它使人们能用N条I/O线路来控制N×(N-1)只LED（参考文献1至参考文献5）。而标准的多路复用方法控制的LED则少得多。表1列出了用Charlieplexing方法和标准多路复用方法所能控制的LED数量，它把N条I/O线路的可用数量划分成数量适当的行与列。表1还列出了当LED处于接通状态时，流过LED的电流的占空比。<BR><BR>　　显然，在给定了I/O线路数量时，Charlieplexing使人们能控制的LED数量大得多。但是，该方法的缺点是流过LED的电流的占空比更低。因此为了保持特定亮度，流过LED的峰值电流必须按比例增加，该电流会迅速到达LED的峰值电流极限。尽管如此，Charlieplexing对于多达10条I/O线路而言仍是一种可行方法，使人们能控制多达90只LED。如需利用标准多路复用方法来控制等量的LED，则需要19条I/O线路。<BR></P>
<P align=center><IMG height=239 alt=图1Charlieplexing采用2条I/O线路时能控制2只LED hspace=0 
src="多路复用方法带来引脚数量更少的LED显示器 -- EDN电子设计技术.files/4.jpg" width=300 border=0></P>
<P><BR>　　本设计对Charlieplexing方法提出了改进建议，使人们能控制的LED增加了一倍。因此，本文建议的方法GuGaplexing使人们仅用N条I/O线路和几个额外分立元件即可控制2×N×(N-1)只LED（图1）。如需用Charlieplexing方法接通LED 
D1，需把P1设为逻辑1，P2设为逻辑0。如需接通LED 
D2，需把P1设为逻辑0，P2设为逻辑1。图2描绘了建议的GuGaplexing方案，用2条I/O线路控制4只LED。GuGaplexing方法利用了每条I/O线路有三种状态这一事实：1、0、高阻抗。因此，利用2条I/O线路，可用8种可能状态中的状态00、01、10、11来控制LED。<BR></P>
<P align=center><IMG height=295 alt=图2GuGaplexing采用2条I/O线路时能控制4只LED hspace=0 
src="多路复用方法带来引脚数量更少的LED显示器 -- EDN电子设计技术.files/5.jpg" width=450 border=0></P>
<P><BR>　　表2列出的晶体管对的输出端电压对应于P1和P2这两条I/O线路的各种状态。晶体管对由BC547 NPN和BC557 
PNP晶体管组成，推荐使用匹配的晶体管对。对于N条I/O线路，GuGaplexing方法需要N-1个晶体管对。表3列出了I/O线路P1和P2的状态，以及节点PR1的电压，用于控制4只LED。该电路要求LED接通电压应略高于VCC/2。因此，对于接通电压约为1.8V的红光LED，适合的电源电压为2.4V。同样，对于蓝光或白光LED，可使用5V电源电压。现代微控制器，特别是Atmel公司的AVR系列微控制器，工作于1.8V~5.5V的多种电源电压，本设计方案使用Tiny13微控制器实施GuGaplexing方法。<BR></P>
<P align=center><IMG height=265 alt=图3此图描绘的节点PR1的电压对应于多种电源电压值此时晶体管对的输入处于浮动状态 
hspace=0 src="多路复用方法带来引脚数量更少的LED显示器 -- EDN电子设计技术.files/6.jpg" width=350 
border=0></P>
<P><BR>　　图3描绘的节点PR1的电压对应于多种电源电压值，此时晶体管对的输入处于浮动状态。Spice模拟确保了电路工作适当，以便在PR1节点提供VCC/2，用于实现输入浮动时的多种工作电源电压值。<BR></P>
<P align=center><IMG height=225 alt=图4借助GuGaplexing方法24只LED的控制仅需4条I/O线路和3对晶体管 
hspace=0 src="多路复用方法带来引脚数量更少的LED显示器 -- EDN电子设计技术.files/7.jpg" width=500 
border=0></P>
<P><BR>　　一种24只LED组成的光柱显示器以实际应用证明了该方案的有效性（图4）。该显示器可编程，并为模拟输入电压使用一种线性显示方案。这种24只LED的显示器以离散步长显示模拟输入电压。24只LED的控制仅需4条I/O线路和3对晶体管。该系统使用透明封装的5 
mm白光LED和5 V电源电压。GuGaplexing的实施使用了AVR 
ATTiny13微控制器。模拟输入电压连至Tiny13微控制器的ADC输入端的7号引脚。<BR><BR>　　可提供ATTiny13微控制器的控制程序（<A 
href="http://a330.g.akamai.net/7/330/2540/20081008181905/www.edn.com/contents/images/4274%20listing.zip">http://a330.g.akamai.net/7/330/2540/20081008181905/www.edn.com/contents/images/4274%20listing.zip</A>），源代码是C语言，用AVRGCC免费软件编译器编译。可以修改源代码来显示仅仅一个输入电压范围(0V 
~ 5V)。例如，可以有一个1V ~ 3V的线性显示范围，或为2V ~ 3V输入电压使用对数比例。<BR></P>
<P><FONT color=#ff9900>参考文献<BR>1. Lancaster, Don, Tech Musings, August 2001. 
<BR>2. “Charlieplexing: Reduced Pin-Count LED Display Multiplexing,” Application 
Note 1880, Maxim, 2003-2-10. <BR>3. Chugh, Anurag, and Dhananjay V Gadre, 
“Eight-Pin Microcontroller Handles Two-Digit Display With Multiple LEDs,” 
Electronic Design, 2007-5-24. <BR>4. Gadre, Dhananjay V, and Anurag Chugh, 
“Microcontroller drives logarithmic/linear dot/bar 20-LED display,” EDN, 
2007-1-18, pg 83. <BR>5. Benabadji, Noureddine, “PIC microprocessor drives 
20-LED dot- or bar-graph display,” EDN, Sept 1, 2006, pg 71. <!-- 2009/3/4 22:33:40--></FONT></P>
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