发光二极管三态分时扫描驱动法

单片机外围接口电路中，常用到发光二极管作显示器件。传统的多个发光二极管显示方法有两种。一种是直流静态驱动法，即一个输出口驱动一只发光二极管，优点是软件简单，缺点是端口的利用率太低，因此只在发光二极管少的电路中采用。另一种是分时动态驱动法，周期性地给发光二极管通电，并且周期较短(譬如不长于20毫秒)，人眼观察无闪烁之感。此法驱动2位8段数码管，用单片机2个口作位线驱动，8个口作段线驱动就可。一般来说分时动态驱动法n个端口能驱动m(n－m)个发光二极管。其中m是从n中分出的列(位)线，而余下的(n－m)个则作为行(段)线。当n4时取m=n/2能驱动的发光二极管数目m(n－m)有极大值n2/4。(n为奇数时取整)。
　　本文介绍的三态分时扫描驱动法，对单片机端口的利用率更高。这种驱动法的发光二极管接法还可分为阴阳行列接法和阴阳组合接法。
　　图1是一种阴阳行列接法的实例。8只发光二极管在外形上排列成一位8段数码管。K1、K2、K3、K4是单片机的四个三态端口。假如要显示一个“5”字，即点亮a、c、d、f、g段，则可用软件以20ms为周期作如下时序的操作：
　　第一个5ms K1呈高电平K2呈高阻态K3呈高阻态K4呈高阻态无发光管点亮
　　第二个5ms K1呈高阻态K2呈高电平K3呈高阻态K4呈低电平点亮g段
　　第三个5ms K1呈低电平K2呈高阻态K3呈高电平K4呈高电平点亮a、c段
　　第四个5ms K1呈高阻态K2呈低电平K3呈高电平K4呈高电平点亮d、f段
　　周而复始反复循环，就可看到稳定的“5”。
　　图1中用4个口驱动8个发光二极管。用n个端口可驱动2m(n－m)个发光二极管，极大值为n2/2，比传统的分时动态驱动法所驱动的发光二极管数量增加了一倍。
　　图2是一种阴阳组合接法的实例。K1、K2、K3是单片机的三个三态端口。要点亮发光二极管a、e、f，可以18ms为周期作如下时序的循环操作。
　　第一个6ms K1呈高电平K2呈高阻态K3呈低电平点亮发光管a
　　第二个6ms K1呈高阻态K2呈高电平K3呈低电平点亮发光管f
　　第三个6ms K1呈高阻态K2呈低电平K3呈高电平点亮发光管e
　　V1、V2、V3是为了降低扫描等效电源的动态电阻而用的二极管，要求不高时可省略不用。图2仅用3个口驱动了6个发光二极管!用n个端口可驱动n(n－1)个发光二极管。数值上等于从n个元素中取2的组合数，故称为组合接法。实现此项技术的关键在于：
　　一、所用的端口必须是三态口，即必须有高电平、低电平和高阻态三种可编程状态。
　　二、所有的发光二极管像素(单个发光二极管或多个串联并联而成的)必须有相近的导通电压，可起到钳位作用。反向击穿电压应大于单片机的VDD～VSS。
　　三、为了保证足够的亮度和避免单片机端口过载，必须考虑单片机端口的负载能力，即拉出和吸入电流的大小。若负载能力较小，需加一级双向射随器来扩大驱动能力，见图3。
　　此项技术可以最大限度利用宝贵的单片机三态口资源，减少驱动电路的连线及接插件端子数，节省空间，大大降低系统的成本。
　　编者注：本文介绍的技术已由国家知识产权局受理发明专利申请并已公开。申请号为98110902