7段數(shù)碼管價(jià)格低廉驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，能夠顯示數(shù)字0~9、字符A、b、C、d、E、 F、P、q、L 等，被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)的顯示。比如溫控儀的溫度及設(shè)置參數(shù)的顯示、電子鐘的時(shí)間顯示、電梯的樓層顯示等。
以前感覺(jué)7段數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路很簡(jiǎn)單，而且項(xiàng)目從來(lái)沒(méi)用過(guò)，因此沒(méi)有深入分析思考。最近為單片機(jī)教材《單片機(jī)原理及應(yīng)用—基于Proteus 和 Keil C》做了一塊配套的單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)板，實(shí)驗(yàn)板上有2個(gè)2位共陰7段數(shù)碼管用于簡(jiǎn)單信息顯示。剛開(kāi)始設(shè)計(jì)電路如下：
電路焊接完成后測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度很低。懷疑電阻的取值可能不太合適，在網(wǎng)上查閱了很多資料后更換了電阻值，問(wèn)題解決。現(xiàn)在把電阻值的估算過(guò)程總結(jié)如下。
51單片機(jī)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力有限，因此在P0口和數(shù)碼管段碼之間增加了74LS245來(lái)增加端口驅(qū)動(dòng)能力。R1~R7、R11~R17起到限流的作用，用以保護(hù)數(shù)碼管。數(shù)碼管點(diǎn)亮?xí)r，公共端電流很大，如果直接把公共端連接到單片機(jī)引腳，大電流將會(huì)灌入單片機(jī)引腳，容易導(dǎo)致引腳損壞，因此增加三極管Q1、Q2、Q3、Q4。三極管作為開(kāi)關(guān)管，導(dǎo)通時(shí)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電流大部分從C→E通道流入電源地，小部分灌入單片機(jī)引腳。三極管作為開(kāi)關(guān)管工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)數(shù)碼管點(diǎn)亮，三極管工作在飽和區(qū)。
首先計(jì)算最大字電流。4個(gè)數(shù)碼管，每一個(gè)包含8段，每一段工作時(shí)平均電流是3mA的話，則最大電流為4*8*3=96mA，約等于100mA。從集電極電流和放大倍數(shù)之間的關(guān)系圖可知Ic= 100mA時(shí)，Hfe＞200。理論上Ib=0.5mA就可以使三極管飽和導(dǎo)通。飽和導(dǎo)通時(shí)三極管壓降Vbe=0.7V，R=(5-0.7)/Ib=4.3K。為了使三極管可靠導(dǎo)通，一般取基極保護(hù)電阻R=1~2K。
接下來(lái)計(jì)算數(shù)碼管段限流電阻取值。首先計(jì)算段電流，一般紅色LED壓降約為1.6V，綠色LED壓降約為1.8V。靜態(tài)顯示時(shí)段電流約為3mA，4個(gè)數(shù)碼管輪流動(dòng)態(tài)顯示，為了使顯示亮度和靜態(tài)顯示時(shí)一樣，驅(qū)動(dòng)電流需要提高4倍，于是動(dòng)態(tài)顯示時(shí)段驅(qū)動(dòng)電流需要達(dá)到3*4=12mA，R=(Vcc-1.6)/(3*4)=0.28K，因此用300Ω的電阻就差不多了。這個(gè)電阻的取值直接影響數(shù)碼管的顯示亮度。
按照上邊的推導(dǎo)，更換電阻后，數(shù)碼管的亮度增加了很多。 |
