MAX6958/MAX6959：2線接口LED顯示驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，LED顯示驅(qū)動(dòng)器是實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示功能的關(guān)鍵組件。今天，我們來(lái)深入探討MAXIM公司的MAX6958/MAX6959 2線接口、3V至5.5V、4位、9段LED顯示驅(qū)動(dòng)器，它不僅具備強(qiáng)大的顯示驅(qū)動(dòng)能力，還集成了按鍵掃描功能，為我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)了更多的便利。

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一、產(chǎn)品概述

MAX6958/MAX6959是緊湊型復(fù)用共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)SMBus和I2C兼容的2線串行接口，可將微處理器與七段數(shù)字LED或離散LED連接起來(lái)。它具有以下顯著特點(diǎn)：

1. 電源兼容性：采用固定的0.8V/2.1V邏輯閾值，當(dāng)顯示驅(qū)動(dòng)器由5V電源供電時(shí)，可與2.5V和3.3V系統(tǒng)兼容。
2. 顯示驅(qū)動(dòng)能力：可驅(qū)動(dòng)多達(dá)四個(gè)7段數(shù)字（帶小數(shù)點(diǎn)），再加四個(gè)離散LED；或四個(gè)7段數(shù)字和八個(gè)離散LED（不使用小數(shù)點(diǎn)）；甚至可驅(qū)動(dòng)多達(dá)36個(gè)離散LED。
3. 按鍵掃描功能（僅MAX6959）：包含兩個(gè)輸入端口，可配置為按鍵開(kāi)關(guān)讀取器，自動(dòng)掃描和消抖多達(dá)八個(gè)開(kāi)關(guān)。
4. 其他特性：具備七段顯示的十六進(jìn)制字體、復(fù)用掃描電路、陽(yáng)極和陰極驅(qū)動(dòng)器、靜態(tài)RAM存儲(chǔ)每個(gè)數(shù)字，還提供64級(jí)內(nèi)部數(shù)字亮度控制，降低LED驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)換速率以減少EMI等。

二、產(chǎn)品特性解析

1. 接口與電源

• 2線串行接口：支持400kbps的通信速率，使用串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時(shí)鐘線（SCL）實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備之間的雙向通信。
• 寬電源電壓范圍：可在3V至5.5V的電源電壓下工作，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

2. 顯示驅(qū)動(dòng)能力

• 多顯示模式支持：可以靈活驅(qū)動(dòng)多種類(lèi)型的LED顯示器，包括單色和雙色單數(shù)字顯示器、單色雙數(shù)字顯示器以及多位LED顯示器。
• 恒定電流驅(qū)動(dòng)：顯示數(shù)字的峰值段電流內(nèi)部設(shè)定為23mA，確保顯示亮度的一致性。

3. 亮度控制與低功耗模式

• 64級(jí)數(shù)字亮度控制：通過(guò)內(nèi)部的脈沖寬度調(diào)制器（PWM）實(shí)現(xiàn)，可精確調(diào)節(jié)顯示亮度。
• 低功耗關(guān)機(jī)模式：關(guān)機(jī)電流僅為20μA，同時(shí)保留數(shù)據(jù)，有效降低功耗。

4. 按鍵掃描功能（僅MAX6959）

• 自動(dòng)消抖：可自動(dòng)掃描和消抖多達(dá)八個(gè)開(kāi)關(guān)，減少按鍵抖動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。
• 中斷輸出：當(dāng)按鍵輸入消抖時(shí)，可通過(guò)IRQ輸出發(fā)出中斷信號(hào)，方便微控制器及時(shí)響應(yīng)按鍵事件。

三、引腳配置與連接方式

1. 引腳配置

MAX6958/MAX6959采用16引腳的PDIP和QSOP封裝，各引腳功能明確。例如，SDA和SCL用于2線串行通信；SEG9/IRQ用于段輸出或中斷輸出；DIGX/SEGX用于數(shù)字和段驅(qū)動(dòng)；INPUT1和INPUT2（僅MAX6959）可作為通用邏輯輸入或按鍵掃描輸入。

2. 連接方式

• 單數(shù)字顯示器連接：將陰極輸出DIG0/SEG0 - DIG3/SEG3連接到四個(gè)顯示數(shù)字的陰極，SEG0至SEG7可驅(qū)動(dòng)八個(gè)額外的LED。
• 雙數(shù)字顯示器連接：將DIG0/SEG0和DIG1/SEG1連接到第一個(gè)雙數(shù)字的陰極，DIG2/SEG2和DIG3/SEG3連接到第二個(gè)雙數(shù)字的陰極，SEG0至SEG3可驅(qū)動(dòng)離散LED，SEG4至SEG7可驅(qū)動(dòng)小數(shù)點(diǎn)段。

四、串行接口通信

1. 通信協(xié)議

MAX6958/MAX6959作為從設(shè)備，通過(guò)2線接口與主設(shè)備（通常是微控制器）進(jìn)行通信。通信過(guò)程包括起始條件、從設(shè)備地址、讀寫(xiě)位、數(shù)據(jù)字節(jié)和停止條件。

2. 數(shù)據(jù)傳輸

每個(gè)時(shí)鐘脈沖傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)在SCL為高電平時(shí)必須保持穩(wěn)定。接收方通過(guò)第9個(gè)時(shí)鐘脈沖的應(yīng)答位來(lái)確認(rèn)數(shù)據(jù)的接收。

3. 讀寫(xiě)操作

• 寫(xiě)操作：發(fā)送從設(shè)備地址（R/W位設(shè)置為0）， followed by the command byte and data bytes. The command byte determines the register to store the data.
• 讀操作：先通過(guò)寫(xiě)命令配置命令字節(jié)，然后主設(shè)備可以連續(xù)讀取n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。主設(shè)備在每個(gè)讀取字節(jié)的應(yīng)答時(shí)鐘脈沖期間確認(rèn)接收，但最后一個(gè)字節(jié)不需要確認(rèn)，隨后發(fā)送停止條件。

五、寄存器配置

1. 數(shù)字類(lèi)型寄存器

包括四個(gè)數(shù)字寄存器和一個(gè)段寄存器，用于存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)。每個(gè)寄存器的一位對(duì)應(yīng)一個(gè)段，高電平開(kāi)啟段，低電平關(guān)閉段。

2. 解碼模式寄存器

用于設(shè)置每個(gè)數(shù)字的十六進(jìn)制解碼或無(wú)解碼操作，通過(guò)邏輯高選擇十六進(jìn)制解碼，邏輯低繞過(guò)解碼器。

3. 配置寄存器

可用于進(jìn)入和退出關(guān)機(jī)模式、檢查設(shè)備類(lèi)型以及全局清除數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

4. 掃描限制寄存器

設(shè)置顯示的數(shù)字?jǐn)?shù)量（1至4個(gè)），同時(shí)限制可掃描的按鍵數(shù)量。

5. 亮度寄存器

通過(guò)內(nèi)部的脈沖寬度調(diào)制器控制顯示亮度，可將平均段電流從最大的63/64降至1/64的23mA峰值電流。

六、按鍵掃描功能（僅MAX6959）

1. 端口配置

INPUT1和INPUT2可作為通用邏輯輸入或按鍵掃描輸入，內(nèi)部具有上拉電阻。IRQ/SEG9可配置為L(zhǎng)ED段輸出、開(kāi)漏邏輯輸出或中斷輸出。

2. 按鍵消抖

按鍵掃描電路利用LED的共陰極驅(qū)動(dòng)器輸出作為按鍵掃描驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)掃描和消抖按鍵。當(dāng)至少一個(gè)按鍵在兩個(gè)采樣周期內(nèi)都被按下時(shí)，按鍵被消抖并發(fā)出中斷信號(hào)。

3. 按鍵狀態(tài)寄存器

• 按鍵消抖寄存器：顯示哪些按鍵已被消抖，讀取該寄存器會(huì)清除寄存器內(nèi)容，以便識(shí)別未來(lái)的按鍵按下事件。
• 按鍵按下寄存器：顯示在最后一次測(cè)試中哪些按鍵被按下，讀取該寄存器不會(huì)清除寄存器內(nèi)容和中斷輸出。

七、應(yīng)用注意事項(xiàng)

1. 驅(qū)動(dòng)雙色LED

MAX6958/MAX6959將雙色數(shù)字視為兩個(gè)單色數(shù)字，每個(gè)顯示元素由紅色和綠色芯片組成。

2. 低壓操作

在4.5V至5.5V的電源電壓下，可保證為2.4V（或更低）的LED提供23mA的段電流；在3V電源電壓下，可為2V（或更低）的LED提供至少15.5mA的段電流。

3. 功耗計(jì)算

可根據(jù)公式 (P{D}=(V+× I+)+(V+-V{LED })(DUTY × I_{SEG} × N)) 計(jì)算MAX6958/MAX6959的上限功耗。

4. 電源供應(yīng)

使用單個(gè)3V至5.5V電源供電，V+引腳應(yīng)通過(guò)0.1μF電容旁路到GND，并在必要時(shí)增加一個(gè)10μF的電容。

通過(guò)以上對(duì)MAX6958/MAX6959的詳細(xì)介紹，我們可以看到它在LED顯示驅(qū)動(dòng)和按鍵掃描方面的強(qiáng)大功能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，靈活配置寄存器和連接方式，充分發(fā)揮該驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。