1、串行接口 LED 显示驱动器 MC14489 及其应用 摘要：MC14489 是美国 MOTOROLA 公司生产的串行接口 LED显示驱动管理芯片。采用串行接口构成智能化 仪器仪表的显示驱动电路可使系统的性能价格比获得大幅度的提高，本文介 绍了五位半 LED驱动控制器 MC14489 的技术特征并给出应用电路实例。1. 概述 电子工程师在智能化仪器仪表的研制开发过程中，能否选用高效、灵活的 LED 显示驱动电路，将对仪器的设计复杂度、价格。体积。性能和可靠性都会产生一定的影响。一般情况下，如果系统对显示处理速度没有太高的要求，采用串行通信的外围器件可以减少主 CPU 所需的 I/O 口线，节省
2、 PCB 电路板的面积，因而可以降低成本和提高可靠性。本文介绍 MOTOROLA 公司生产的高效、灵活的 LED 显示驱动管理芯片 MC14489。它的输入端与系统主 CPU 之间只有三条 I/O 口线相联，用来接收待显示的串行数据。输出端既可以直接驱动七段 LED 显示器，也可以驱动指示灯。MC14489 内部集成了数据接收/译码/扫描输出/驱动显示所需的全部电路，仅需要外接一具电流设定电阻就可以对 LED 的显示高亮度进行控制。每个 MC14489 芯片可以用以下任意一种显示方式进行显示：五位 LED 数字加小数点显示；4 位半数字加小数点带符号显示；25 支指示灯显示；5 位半数字显示。
3、该芯片内含的译码器电路可输出七段格式的数字 09、十六进制的字母 AF 以及 15 个字母和符号。MC14489 的输入接口与 MOTOROLA 公司/RCA 公司的 SPI 串行接口以及美国国半公司的 MICROWIRE 串行接口安全兼容，也可以由任意一种单片机的 I/O 口线来进行随机的显示访问。更新显示寄存器的内容需要传送 3 个字节的信息，更新配置寄存器的内容仅需要传送一个字节的内容。 2. 引脚排列和主要 MC14489LED 显示管理芯片的引脚排列如图 1 所示，以下对各引脚的功能说明如下：ah(引脚 1、2、47、19、20）：阳极驱动电流源。这些输出都是经过精密匹配的恒流源，可
4、以直接连接到外接数字 LED、指示灯、或单个 LED 显示段的阳极上。每个输出可以提供 35mA 的电流。当驱动指示灯电路时，配置寄存器要编程为 NO Decode 模式，输出端 a、b、c、d 最多可独立地控制 20 个指示灯。输出端e、f、g 处于低电平的无效状态。当驱动 LED 显示器时，输出端 ag 分别驱动显示器的 ag 字段，输出端 h 用来驱动小数点。该引脚如果不用，必须保持悬空。V DD（引脚 3）：正电源输入。为了保证寄存器中数据的完整和串行接口的正常工作，该引脚的电压必须在 36V 的范围内取值，在这个电压范围内可以使该芯片与主 CPU 一起进入或退出低功耗工作模式。如果要
5、想更充分地驱动 LED，这个引脚的电压必须牌 4.56V 的范围。在低功耗模式下，MC14489 的镜像电流源和时钟振荡器都被关闭，这时可以大幅地减少 VDD引脚设取的电流IDD。R X（引脚 8）：外接电流设置电阻。这个引脚与 VSS引脚之间连接一个外电阻可以决定显示字段 ah 汲取的峰值驱动。当串行数据位 D231 时，引脚 8 的 RX连在一个电流增益为 10 的镜像电流源中；当 D230 时，峰值驱动电流减少 50%左右。R X的数值可以在 700 至无穷之间选择。当RX时（开路），显示器熄灭。为了获得较为准确的电流控制，R X应当使用容差为1%的电阻。R X的选择可以使用图 2 中给
6、出的关系曲线。BANK1BANK5（引脚 9、13、15、16,17）：汇流开关。这些引脚为低阻开关，直接辖在 LED 显示器的共阴极上，或指示灯的共阻极上，最大可以承受 320mA 的电流。为了使 LED获得最为合适的亮度，BANK1BANK5 通常以 1kHz 的速率进行显示刷新，占空比大约为 20%左右。MC14489 芯片采用特殊的设计技术，使其电源引脚在大电流工作的情况下仍具有最低的尖峰和较小的EMI（电磁交互干扰）。ENANBLE（引 10）：使能输入，低电平有效。这个引脚允许 MC14489 的串行总线可与其它外围芯片共享数据输入信号和时钟信号。当 ENANBLE 处于无效的高状
7、态，串行数据输入操作处于禁止状态。ENANBLE由高变低，允许数据信号在时钟脉冲的控制下传入MC14489，然后 ENANBLE 又变高。在 ENANBLE 引脚 由低变高的过程，如果数据与时钟引脚传输了八位数据，这一字节数据被锁定在配置寄存器中。如果数据与时钟传输了 24 位数据，过三个字节被锁存在显示寄存器中。由此可见：当ENANBLE 信号结束时，数据被锁入配置寄存器，还是锁入显示寄存器中，是由 ENANBLE 信号结束前传输的数据长度决定的。其定时关系如图 3（a)、(b)所示。DATA IN（引脚 12）：数据输入。数据流是从最高有效位（MSB）开始传输的，而且在时钟由低到高的跳变时
8、产生输入移位。数据移位期间，显示器不会产生闪烁。这样，该芯片可以在较低的串行通信速率下使用。另外，MC14489 的数据流中既无地址位，也无方向位，因而可以在任意的的时刻进行随机的传输访问。只要电源能维持在 36V 的范围内，寄存器的数据就不会丢失。数据与定时关系参阅图 3（a)(b)所示。数据输入端为施密特触发器组成的缓冲器，因而可以在总线环境等较为恶劣的噪声环境下使用。这个引脚可与 CMOS 驱动电路直接相联使用，如与 NMOS 或 TTL 器件接口时，则必须使用电平转换电路（MC14504B，MC74HCT04A）或接一个 1K10K 数据值上的上接电阻。CLICK（引脚 11）：串行数
9、据时钟输入。当 CLOCK 引脚由低到高跳变时从 DATA IN 输入端移入有效的数据；由高到低时，从 DATA OUT 输出羰称出数据。MC144890芯片电路的静态设计允许 CLOCKD DC4MHz 的范围内工作。时钟输入端也是施密特触发器的形式，所以允许使用上升、下降沿平缓的时钟信号。它的接口特性与前述 DATA IN 的接口注意事项是一样的。DATA OUT（引脚 18）：串行数据输出。在 CLOCK 时钟由高到低跳变时，移位寄存器的数据由 DATA OUT 引脚移出。这个引脚在 MC14489 级联使用时连到下一级芯片的 DATA IN 引脚上。DATA OUT 也可以反馈回系统主
10、 CPU 来实现串行数据卷回测试。这一步骤往往是系统加电自诊断测试的一个组成部分。MC14489 在测试条件 VDD6V，测得的基本参数如下：V DD：工作电压范围：4.56V；T j：工作结温范围：40130；V DS：最小后备态电源电压：3V；V IL：最大低电平输入电压：1.8V；V IH：最小高电平输入电压：4.2V；V HYS：最小迥滞电压：0.4V；V OL：最大低电平输出电压：0.1V；V OH：最小高电平输出电压：5.9V；i OL:ah 段最小灌电流：0.2mA；i OH:ah 段峰值驱动电流（图 2）635mA；f CLK：串行数据时钟频率：DC4MHz；I OUT：BAN
11、K 引脚汇流开关灌电流：320mA。 3. 应用说明 3.1 显示模式及其编程图 3（a)可知，送入配置寄存器的控制信息是从最高位开始传送的。结合表 1，可以看出 MC14489 是由配置信息来决定显示模式的。以下为了描述方便起见，先对图 3 和表 1 中的几个术语作出简略的定义：B5B1：（BANK5BANK1）表示第 5 显示位第 1 显示位。H：Hex Decode 表示十六进制显示模式。S：Special Decode 表示特定的译码显示模式。ND：NO Decode 表示非译码显示模式。CD：Chazacters Display 表示字符显示模式。以下对配置寄存的显示模式编程进行说明
12、：C7C600：B5B1 显示位都工作在 ND 模式。C7C601，B5、B4 为 ND 模式，B3、B2、B1 为 CD 模式。C7C610：B5、B4 为 CD 模式，B3、B2、B1 为 ND 模式。C7C611：B5B1 显示位都工作在 CD 模式。在字符显示模式下，又分为两种情况：C i0，（i=1,2，3,4，5）时，相应的第 Bi位为 16 进制显示模式 H，字符的译码规则见表 1 中间一列的 09，AF 字符；Ci=1(i1,2，3,4，5），相应的第 Bi位为特定的译码显示模式 S。字符的译码规则见表 1 中的特定形式译码字符列。C O0：低功耗模式（熄灭显示器）；C O1，
13、正常显示模式。3.2 小数点显示位置控制结合图 3（b）可以看出，显示数据的 24 位中最高四位是控制信息：D 230：熄灭所有 LED。D 231，点亮 LED。D 22D21D20000：所有小数点位 h 都无效。D 22D21D2015：分别对应 B1B5 的小数点位有效。D 22D21D20110：B2，B1 位小数点同时有效。D 22D21D20111：B5B1 位的小数点同时有效。3.3 显示模式译码表表 1 中列出了三种显示模式对应译码情况。表中的内容已在前面作了说明，以下仅对表中的进行简要说明：在非译码的 ND 模式，输出端 e,f,g 由芯片内部逻辑强制输出低电平。输出端 h
14、 的译码情况不受影响，即仍保持原来译码模式选定的状态。非译码的显示模式用于以下三个目的：1.独立地控制指示灯；2.控制带有符号的半个数字位；3.控制显示一些指示功能的符号。例如AM，PM，UHF，KV，mm，Hg 等。表 1 中的表示可以把 589 的数字显示译码看成是字符 S，B，g 的译码来使用。 4. 典型应用举例 4.1 非级联方式图 4 是用单片 MC14489 构成一个五位 LED 显示器的例子。由图可知，用 MC14489 构成显示电路既不用加任何限流电阻，也不用附加反相或驱动电路，电路设计非常简捷。4.2 级联方式使用当需要控制显示的数字位数超过 5 位时，MC14489 可以
15、按最大数目为 5 块芯片的规模进行级联使用。图 5 的（a)(b)(c)给出了两片 MC14489 级联使用的电路和数据格式。需要说明的是在图5（b)(c)的数据传输中，ENANBLE 引脚电平必须由无效的高电平到有效的低电平态，而且在整个 4 字节的信息传送期间或整个 6 字节的显示数据传输期间保持有效的低电平。当 ENANBLE 变为无效的高电平状态时，在此之前所传的 4 个字节的配置信息或 6 个字节的显示数据分别被传入相应的两个级联器件的配置寄存器或显示寄存器中。4.3 驱动指示灯应用图 6 是用 MC14489 驱动 25 个指示灯的原理框图。需要注意的是：由字段 h 控制的 5 个
16、指示灯的显示模式受到数据传输位中D22，D 21，D 20的控制。参阅 3.2 节关于小数点显示位置控制的内容。4.4 字符、数字混合显示图 7 是用 MC14489 显示数字和字符混合内容的电原理图。其中 BANK5 可以用来控制显示符号，半位数字，或溢出标志等。4.5 位半数字显示MC14489 也可以显示 5 位半的数字，但需要进行适当的信号处理。图 8 的电路图在单片 MC14489 显示配置的基础上，需要外接一块通用的溢出显示器 UO（Universal Overflow)。MC14489 的 h 段输出分别接一 UO 上和符号位指示灯的阳极上。至于是点亮符号位，还是溢出指示，还是半数字位“1”分别由 BANK1BANK3 来进行控制。具体编程方法可以用 3.1 节介绍的内容进行控制。 参考文献：
