STLED316S：一款強大的LED控制器與驅(qū)動器

各位電子工程師們，今天要給大家詳細(xì)介紹一款非常實用的LED控制器和驅(qū)動器——STLED316S。它在LED顯示控制領(lǐng)域有著出色的表現(xiàn)，下面我們就來深入了解一下。

文件下載：stled316s.pdf

一、產(chǎn)品概述

STLED316S是一款通過3線串行接口將微處理器與LED顯示屏連接起來的緊湊型LED控制器和驅(qū)動器。它支持驅(qū)動共陽極配置的LED，在5.0V的電源電壓下，能夠驅(qū)動8段/6位配置的多達(dá)48個離散LED，還能驅(qū)動構(gòu)成LED數(shù)字一部分的8個離散LED。而且，它可以對這些單個LED的亮度進行數(shù)字控制，通過單個外部電阻就能設(shè)置顯示數(shù)字的最大段電流，還能單獨尋址和更新各個數(shù)字，無需重寫整個顯示屏。此外，它還具備8x2按鍵矩陣的按鍵掃描功能，能自動掃描多達(dá)16個開關(guān)的矩陣，支持?jǐn)?shù)字型顯示，通過高度集成降低了整體物料清單（BOM）成本，并且提供大于4kV HBM的靜電放電（ESD）保護。

二、產(chǎn)品特性

（一）強大的驅(qū)動能力

1. 輸出配置：擁有14個輸出（8段/6位），每個段的負(fù)載電流能力可達(dá)40mA，輸出引腳可直接連接到LED，也可以是開漏輸出。
2. 靈活驅(qū)動：不僅能驅(qū)動共陽極LED數(shù)字，還能使用單個LED數(shù)字輸出（DIG1_LED）驅(qū)動多達(dá)8個離散LED，并且可以單獨控制每個LED的亮度。

（二）低功耗設(shè)計

在待機模式下功耗極低，初始上電、未配置或未使用時，電流消耗可降至小于1mA，而且只要電源電壓存在，配置的數(shù)據(jù)就能得以保留，恢復(fù)正常運行時端口配置和輸出電平也會恢復(fù)。

（三）便捷的通信接口

采用3線串行總線接口（CLK、STB、DIN/DOUT），方便與微處理器進行通信。通過該接口可以寫入配置和顯示數(shù)據(jù)，在STB為低電平時，CLK的上升沿將DIN時鐘輸入到移位寄存器，下降沿將數(shù)據(jù)從設(shè)備傳輸?shù)?a target="_blank">微控制器，8位數(shù)據(jù)會被解碼以確定并執(zhí)行命令。

（四）精細(xì)的亮度控制

具備8步調(diào)光電路，既能控制整個顯示屏的亮度，也能控制單個LED數(shù)字中各個LED的亮度。

（五）出色的抗干擾能力

輸入采用施密特觸發(fā)器，具有卓越的抗噪聲能力。

（六）可靠的保護電路

內(nèi)置上電復(fù)位和軟啟動電路，上電復(fù)位電路能在電源開啟時初始化數(shù)字邏輯，軟啟動電路可限制上電時的浪涌電流和高峰值電流。

（七）寬溫度范圍

工作溫度范圍為 -40°C 至 85°C，能適應(yīng)多種不同的工作環(huán)境。

三、引腳說明

四、功能描述

（一）低功耗模式

在初始上電、未配置或未使用時，STLED316S會進入低功耗模式，電流消耗小于1mA。只要電源電壓存在，配置的數(shù)據(jù)就能保留，恢復(fù)正常運行時端口配置和輸出電平會恢復(fù)。為了在關(guān)機模式下實現(xiàn)最小電源電流，邏輯輸入應(yīng)處于GND或VCC。

（二）串行接口

用于向STLED316S寫入配置和顯示數(shù)據(jù)。STB為低電平時，CLK的上升沿將DIN時鐘輸入到移位寄存器，下降沿將數(shù)據(jù)從設(shè)備傳輸?shù)轿⒖刂破鳎?位數(shù)據(jù)會被解碼以確定并執(zhí)行命令。STB變低表示通信開始，DIN/DOUT引腳為雙向引腳，數(shù)據(jù)在時鐘的正脈沖期間進行驗證。如果在完成數(shù)據(jù)字節(jié)寫入設(shè)備之前STB信號變高，前面的數(shù)據(jù)位將被忽略，先前的配置保持不變。

（三）初始上電

初始上電時，所有控制寄存器復(fù)位，顯示屏空白，STLED316S處于低功耗模式，所有輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，DIN/DOUT由外部上拉電阻拉高。在使用顯示屏之前，需要對顯示驅(qū)動器進行配置。

（四）顯示類型

支持共陽極LED面板的七段顯示（帶小數(shù)點），可以根據(jù)需要選擇不同的顯示位數(shù)和亮度控制方式。

（五）按鍵掃描

按鍵掃描電路可檢測任何按鍵組合的按下情況，完整的按鍵掃描在數(shù)據(jù)手冊的另一部分有詳細(xì)說明，每個按鍵開關(guān)需要一個二極管。

（六）離散LED輸出

可用于驅(qū)動多達(dá)8個離散LED，單個LED輸出類似于數(shù)字驅(qū)動器輸出，可與8個段輸出連接以驅(qū)動不同的離散LED，能單獨控制每個LED的亮度。

（七）上電復(fù)位和軟啟動

內(nèi)置上電復(fù)位電路在電源開啟時初始化數(shù)字邏輯，軟啟動電路通過延遲輸入電路對外部施加電壓的響應(yīng)來限制上電時的浪涌電流和高峰值電流，上電時輸入電阻較高，可降低浪涌電流。

（八）LED驅(qū)動器

每個輸出段的恒流能力可達(dá)40mA，通過單個外部電阻為所有輸出設(shè)置電流。作為數(shù)字驅(qū)動器時，輸出為顯示屏陽極提供電流；作為段驅(qū)動器時，LED輸出從顯示屏陰極吸收電流。未用作數(shù)字或段驅(qū)動器時，輸出為高阻抗。適用于離散LED和共陽極（CA）數(shù)字LED數(shù)字，完全配置為LED驅(qū)動器時，可控制單個數(shù)字中的多達(dá)8個LED段，并提供8步對數(shù)亮度控制。

（九）中斷

設(shè)備包含一個低電平有效IRQ_N引腳連接到微處理器，有按鍵按下時會產(chǎn)生中斷。

（十）3.3V接口電壓操作

只要滿足STLED316S的VIL和VIH規(guī)格，設(shè)備就能檢測來自主控制器芯片的參考電壓為3.3V的輸入電壓電平。輸入電壓大于2.9V時，STLED316S會將信號電平識別為有效高電平；輸入電壓低于1.75V時，會識別為有效低電平。設(shè)備的輸出信號（如DOUT和IRQ_N）的信號電平取決于外部上拉電阻連接的外部電源，因此無需在主控制器和STLED316S之間使用任何電平轉(zhuǎn)換器。

五、電氣特性

（一）最大額定值

注：在TA = 25°C或更高溫度時，以 -9.6mW/°C的速率降額；符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。

（二）推薦工作條件

1. DC電氣特性：在TA = -40至 +85°C，VCC = 5.0V ± 10%，GND = 0V的條件下，對邏輯電源電壓、高低電平輸入電壓、輸入電流、滯后電壓、低電平輸出電壓、驅(qū)動器泄漏電流、段驅(qū)動LED吸收電流、數(shù)字驅(qū)動LED源電流、段驅(qū)動電流匹配、外部電流設(shè)置參考電阻等參數(shù)都有明確的范圍要求。
2. 功耗估算：每個端口在5.0V電源電壓下，可向具有4.4V正向電壓降的LED吸收最大40mA的電流。當(dāng)所有輸出作為LED段驅(qū)動器以全電流運行時，STLED316S可吸收8 × 40 = 320mA的電流。在5.0V電源下，驅(qū)動8個具有4.4V正向電壓降的LED以全電流運行時，STLED316S的功耗為(5.0V - 4.4V) × 320mA = 192mW。如果LED的正向電壓小于4.4V，可通過添加串聯(lián)電阻或增加RSET的值來降低功耗。效率可通過公式Efficiency = Vdiode × Idiode / VCC × ICC計算。
3. 電容：在TA = 25°C，f = 1MHz的條件下，輸入電容最大為15pF。
4. 電源特性：在TA = -40至 +85°C的條件下，靜態(tài)電源電流在VCC = 5.5V，所有輸入為VCC或GND時，典型值為50μA，最大值為1000μA；工作電源電流（顯示屏開啟）在所有段開啟、所有數(shù)字掃描、強度設(shè)置為滿、內(nèi)部振蕩器、無顯示屏負(fù)載連接時，典型值為10mA，最大值為15mA。
5. 動態(tài)開關(guān)特性：在TA = -40至 +85°C，VCC = 5.0V ± 10%，GND = 0.0V，典型值在25°C的條件下，內(nèi)部振蕩頻率為400 - 600kHz，時鐘（CLK）頻率最大為1MHz，傳播延遲等參數(shù)也有相應(yīng)的范圍。
6. 時序特性：在TA = -40至 +85°C，VCC = 5.0V ± 10%，GND = 0.0V，典型值在25°C的條件下，對時鐘脈沖寬度、選通脈沖寬度、數(shù)據(jù)建立時間、數(shù)據(jù)保持時間、時鐘 - 選通時間等參數(shù)都有明確的要求。
7. ESD性能：所有引腳的JEDEC標(biāo)準(zhǔn)（人體模型）ESD性能為 ± 4kV。

六、按鍵掃描與顯示周期

（一）顯示RAM

顯示RAM存儲通過串行接口從外部設(shè)備傳輸?shù)絊TLED316S的數(shù)據(jù)。

（二）顯示周期

1. 空白時間：在通道1/16和16/16時，整個網(wǎng)格關(guān)閉，即第一個通道和最后一個通道關(guān)閉，這稱為空白時間。
2. 按鍵掃描時間：第一個周期為按鍵掃描時間，整個網(wǎng)格關(guān)閉，僅逐個啟用段（seg0到seg7），段開啟時間為64μs。
3. 離散LED時間：第二個周期檢查內(nèi)部LED緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)，則檢查亮度控制寄存器中每個LED的亮度設(shè)置，然后根據(jù)寄存器值啟用或禁用每個段。在此期間，網(wǎng)格1至6關(guān)閉，對應(yīng)LED數(shù)字的網(wǎng)格開啟，LED占空比為14/16。
4. 7段顯示時間：第三個周期至第八個周期為7段顯示時間，檢查顯示狀態(tài)是否開啟，如果開啟，則從配置寄存器中檢查網(wǎng)格的調(diào)光設(shè)置（可能是通用調(diào)光設(shè)置或每個數(shù)字的單獨調(diào)光設(shè)置），最小開啟時間為1/16，最大開啟時間為14/16，在網(wǎng)格開啟和關(guān)閉之前有32μs的空白時間，此過程將持續(xù)到寄存器中配置的最大數(shù)字?jǐn)?shù)量。如果顯示屏未開啟，時序生成將立即進入按鍵掃描模式。

七、按鍵矩陣與數(shù)據(jù)存儲

（一）按鍵矩陣

按鍵矩陣為8 x 2配置，在按鍵掃描周期中，所有網(wǎng)格關(guān)閉，第一個段開啟時間為64μs，60μs后采樣KEY1和KEY2信號，這兩個信號鎖存到內(nèi)部按鍵緩沖區(qū)。

（二）數(shù)據(jù)比較與中斷

按鍵緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)與先前的按鍵狀態(tài)進行比較，如果緩沖區(qū)值有任何變化，則IRQ_N被置位，IRQ_N信號為低電平有效，在讀取按鍵緩沖區(qū)結(jié)束（字節(jié)傳輸結(jié)束）時清除。在清除IRQ_N之前，必須完全讀取按鍵緩沖區(qū)。每個按鍵的數(shù)據(jù)存儲方式如下，從最低有效位開始通過相應(yīng)的讀取命令讀取：

• 第1字節(jié)：存儲KEY1與各段對應(yīng)的按鍵數(shù)據(jù)。
• 第2字節(jié)：存儲KEY2與各段對應(yīng)的按鍵數(shù)據(jù)。

初始按鍵緩沖區(qū)值為“00”，操作期間，緩沖區(qū)值會根據(jù)按鍵按下的值而變化。

八、命令說明

（一）寫命令

第一個字節(jié)輸入到STLED316S的DIN輸入，在STB變低后被視為命令。命令格式如下：

• LSB 3 - 1：內(nèi)存地址。
• MSB5和LSB4：內(nèi)存庫（頁）地址。
• MSB 6：‘0’ 自動遞增地址，‘1’ 固定地址。
• MSB 7：‘0’ 寫命令，‘1’ 讀命令。
• MSB 8：‘X’ 未使用。

后續(xù)字節(jié)可以是配置數(shù)據(jù)或顯示數(shù)據(jù)。寫命令期間，控制標(biāo)志顯示開啟和自動遞增地址會鎖存到內(nèi)部控制標(biāo)志寄存器，顯示開啟控制寄存器的默認(rèn)值為‘0’，表示顯示屏關(guān)閉，用戶必須開啟顯示屏才能查看顯示內(nèi)存。自動遞增地址模式默認(rèn)啟用，用戶若想從特定地址位置讀取，可以固定地址指針。通過特定的命令組合可以實現(xiàn)顯示屏的開啟和關(guān)閉。

（二）讀命令

設(shè)置KEY1和KEY2的標(biāo)志以確保從特定按鍵讀取數(shù)據(jù)。讀取內(nèi)存中的按鍵數(shù)據(jù)時，IRQ_N會自動清除，表示第8位已正確傳輸。如果最后八個按鍵使IRQ_N置位，用戶讀取按鍵數(shù)據(jù)（僅讀取第一個字節(jié)）時，IRQ_N將保持有效，直到讀取第二個字節(jié)。用戶使用讀取按鍵讀取LED和按鍵數(shù)據(jù)時，首先必須選擇地址（默認(rèn)地址位置為0x00），之后地址最多遞增3個地址。

（三）設(shè)備配置

配置數(shù)據(jù)包括顯示設(shè)置、調(diào)光設(shè)置、顯示開/關(guān)和固定地址/自動遞增。內(nèi)存塊分為兩個頁位置，一個用于7段亮度配置內(nèi)存，另一個用于LED（離散）配置內(nèi)存，配置內(nèi)存地址從0x00到0x07，配置頁地址為“10”和“11”。

1. 顯示設(shè)置（最大數(shù)字?jǐn)?shù)量）：通過在頁0x10和地址0x00的LSB2到LSB0寫入相應(yīng)的值，可以選擇不同的顯示數(shù)字?jǐn)?shù)量，如000表示1位8段，001表示2位8段等。
2. 調(diào)光設(shè)置（亮度級別）：通過在相應(yīng)的地址位置（從0x00到0x03；頁0x10和0x11）寫入4位值，可以設(shè)置不同的亮度級別，如0000表示脈沖寬度為1/16，0001表示脈沖寬度為2/16等。

（四）顯示內(nèi)存

顯示內(nèi)存存儲顯示數(shù)據(jù)，顯示屏開啟時將數(shù)據(jù)發(fā)送到LED。地址指針、內(nèi)存頁和寫信號指示寫入數(shù)據(jù)的位置，該塊會管理地址指針。用戶寫入第一個字節(jié)時，如果處于自動遞增模式，地址會遞增1，否則地址指針保持不變。初始地址在寫/讀命令期間鎖存到地址指針。顯示內(nèi)存（7段/LED）直接映射到顯示段，用戶在讀寫模式下每次只能訪問一個庫。內(nèi)存塊分為4頁，不同