STLED316S：一款強(qiáng)大的LED控制器與驅(qū)動(dòng)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(shí)用的LED控制器和驅(qū)動(dòng)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(lái)深入了解一下。

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一、產(chǎn)品概述

STLED316S是一款通過(guò)3線串行接口將微處理器與LED顯示屏連接起來(lái)的緊湊型LED控制器和驅(qū)動(dòng)器。它支持驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極配置的LED，在5.0V的電源電壓下，能夠驅(qū)動(dòng)8段/6位配置的多達(dá)48個(gè)離散LED，還能驅(qū)動(dòng)構(gòu)成LED數(shù)字一部分的8個(gè)離散LED。而且，它可以對(duì)這些單個(gè)LED的亮度進(jìn)行數(shù)字控制，通過(guò)單個(gè)外部電阻就能設(shè)置顯示數(shù)字的最大段電流，還能單獨(dú)尋址和更新各個(gè)數(shù)字，無(wú)需重寫(xiě)整個(gè)顯示屏。此外，它還具備8x2按鍵矩陣的按鍵掃描功能，能自動(dòng)掃描多達(dá)16個(gè)開(kāi)關(guān)的矩陣，支持?jǐn)?shù)字型顯示，通過(guò)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(hù)。

二、產(chǎn)品特性

（一）強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力

1. 輸出配置：擁有14個(gè)輸出（8段/6位），每個(gè)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(kāi)漏輸出。
2. 靈活驅(qū)動(dòng)：不僅能驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極LED數(shù)字，還能使用單個(gè)LED數(shù)字輸出（DIG1_LED）驅(qū)動(dòng)多達(dá)8個(gè)離散LED，并且可以單獨(dú)控制每個(gè)LED的亮度。

（二）低功耗設(shè)計(jì)

在待機(jī)模式下功耗極低，初始上電、未配置或未使用時(shí)，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(yùn)行時(shí)端口配置和輸出電平也會(huì)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(jìn)行通信。通過(guò)該接口可以寫(xiě)入配置和顯示數(shù)據(jù)，在STB為低電平時(shí)，CLK的上升沿將DIN時(shí)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(huì)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(gè)顯示屏的亮度，也能控制單個(gè)LED數(shù)字中各個(gè)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(hù)電路

內(nèi)置上電復(fù)位和軟啟動(dòng)電路，上電復(fù)位電路能在電源開(kāi)啟時(shí)初始化數(shù)字邏輯，軟啟動(dòng)電路可限制上電時(shí)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(shuō)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(shí)，STLED316S會(huì)進(jìn)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(yùn)行時(shí)端口配置和輸出電平會(huì)恢復(fù)。為了在關(guān)機(jī)模式下實(shí)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(xiě)入配置和顯示數(shù)據(jù)。STB為低電平時(shí)，CLK的上升沿將DIN時(shí)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(huì)被解碼以確定并執(zhí)行命令。STB變低表示通信開(kāi)始，DIN/DOUT引腳為雙向引腳，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的正脈沖期間進(jìn)行驗(yàn)證。如果在完成數(shù)據(jù)字節(jié)寫(xiě)入設(shè)備之前STB信號(hào)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(shí)，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(duì)顯示驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行配置。

（四）顯示類(lèi)型

支持共陽(yáng)極LED面板的七段顯示（帶小數(shù)點(diǎn)），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(cè)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(cè)的另一部分有詳細(xì)說(shuō)明，每個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)需要一個(gè)二極管。

（六）離散LED輸出

可用于驅(qū)動(dòng)多達(dá)8個(gè)離散LED，單個(gè)LED輸出類(lèi)似于數(shù)字驅(qū)動(dòng)器輸出，可與8個(gè)段輸出連接以驅(qū)動(dòng)不同的離散LED，能單獨(dú)控制每個(gè)LED的亮度。

（七）上電復(fù)位和軟啟動(dòng)

內(nèi)置上電復(fù)位電路在電源開(kāi)啟時(shí)初始化數(shù)字邏輯，軟啟動(dòng)電路通過(guò)延遲輸入電路對(duì)外部施加電壓的響應(yīng)來(lái)限制上電時(shí)的浪涌電流和高峰值電流，上電時(shí)輸入電阻較高，可降低浪涌電流。

（八）LED驅(qū)動(dòng)器

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

（九）中斷

設(shè)備包含一個(gè)低電平有效IRQ_N引腳連接到微處理器，有按鍵按下時(shí)會(huì)產(chǎn)生中斷。

（十）3.3V接口電壓操作

只要滿(mǎn)足STLED316S的VIL和VIH規(guī)格，設(shè)備就能檢測(cè)來(lái)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(shí)，STLED316S會(huì)將信號(hào)電平識(shí)別為有效高電平；輸入電壓低于1.75V時(shí)，會(huì)識(shí)別為有效低電平。設(shè)備的輸出信號(hào)（如DOUT和IRQ_N）的信號(hào)電平取決于外部上拉電阻連接的外部電源，因此無(wú)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(shí)，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(duì)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(dòng)器泄漏電流、段驅(qū)動(dòng)LED吸收電流、數(shù)字驅(qū)動(dòng)LED源電流、段驅(qū)動(dòng)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(gè)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L(zhǎng)ED段驅(qū)動(dòng)器以全電流運(yùn)行時(shí)，STLED316S可吸收8 × 40 = 320mA的電流。在5.0V電源下，驅(qū)動(dòng)8個(gè)具有4.4V正向電壓降的LED以全電流運(yùn)行時(shí)，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(guò)添加串聯(lián)電阻或增加RSET的值來(lái)降低功耗。效率可通過(guò)公式Efficiency = Vdiode × Idiode / VCC × ICC計(jì)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(shí)，典型值為50μA，最大值為1000μA；工作電源電流（顯示屏開(kāi)啟）在所有段開(kāi)啟、所有數(shù)字掃描、強(qiáng)度設(shè)置為滿(mǎn)、內(nèi)部振蕩器、無(wú)顯示屏負(fù)載連接時(shí)，典型值為10mA，最大值為15mA。
5. 動(dòng)態(tài)開(kāi)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(shí)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(shí)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(duì)時(shí)鐘脈沖寬度、選通脈沖寬度、數(shù)據(jù)建立時(shí)間、數(shù)據(jù)保持時(shí)間、時(shí)鐘 - 選通時(shí)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(chǔ)通過(guò)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(shí)間：在通道1/16和16/16時(shí)，整個(gè)網(wǎng)格關(guān)閉，即第一個(gè)通道和最后一個(gè)通道關(guān)閉，這稱(chēng)為空白時(shí)間。
2. 按鍵掃描時(shí)間：第一個(gè)周期為按鍵掃描時(shí)間，整個(gè)網(wǎng)格關(guān)閉，僅逐個(gè)啟用段（seg0到seg7），段開(kāi)啟時(shí)間為64μs。
3. 離散LED時(shí)間：第二個(gè)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(gè)LED的亮度設(shè)置，然后根據(jù)寄存器值啟用或禁用每個(gè)段。在此期間，網(wǎng)格1至6關(guān)閉，對(duì)應(yīng)LED數(shù)字的網(wǎng)格開(kāi)啟，LED占空比為14/16。
4. 7段顯示時(shí)間：第三個(gè)周期至第八個(gè)周期為7段顯示時(shí)間，檢查顯示狀態(tài)是否開(kāi)啟，如果開(kāi)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(gè)數(shù)字的單獨(dú)調(diào)光設(shè)置），最小開(kāi)啟時(shí)間為1/16，最大開(kāi)啟時(shí)間為14/16，在網(wǎng)格開(kāi)啟和關(guān)閉之前有32μs的空白時(shí)間，此過(guò)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(kāi)啟，時(shí)序生成將立即進(jìn)入按鍵掃描模式。

七、按鍵矩陣與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

（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(gè)段開(kāi)啟時(shí)間為64μs，60μs后采樣KEY1和KEY2信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)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(jìn)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(hào)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(shí)清除。在清除IRQ_N之前，必須完全讀取按鍵緩沖區(qū)。每個(gè)按鍵的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式如下，從最低有效位開(kāi)始通過(guò)相應(yīng)的讀取命令讀?。?/p>

• 第1字節(jié)：存儲(chǔ)KEY1與各段對(duì)應(yīng)的按鍵數(shù)據(jù)。
• 第2字節(jié)：存儲(chǔ)KEY2與各段對(duì)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(huì)根據(jù)按鍵按下的值而變化。

八、命令說(shuō)明

（一）寫(xiě)命令

第一個(gè)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(kù)（頁(yè)）地址。
• MSB 6：‘0’ 自動(dòng)遞增地址，‘1’ 固定地址。
• MSB 7：‘0’ 寫(xiě)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(xiě)命令期間，控制標(biāo)志顯示開(kāi)啟和自動(dòng)遞增地址會(huì)鎖存到內(nèi)部控制標(biāo)志寄存器，顯示開(kāi)啟控制寄存器的默認(rèn)值為‘0’，表示顯示屏關(guān)閉，用戶(hù)必須開(kāi)啟顯示屏才能查看顯示內(nèi)存。自動(dòng)遞增地址模式默認(rèn)啟用，用戶(hù)若想從特定地址位置讀取，可以固定地址指針。通過(guò)特定的命令組合可以實(shí)現(xiàn)顯示屏的開(kāi)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(shí)，IRQ_N會(huì)自動(dòng)清除，表示第8位已正確傳輸。如果最后八個(gè)按鍵使IRQ_N置位，用戶(hù)讀取按鍵數(shù)據(jù)（僅讀取第一個(gè)字節(jié)）時(shí)，IRQ_N將保持有效，直到讀取第二個(gè)字節(jié)。用戶(hù)使用讀取按鍵讀取LED和按鍵數(shù)據(jù)時(shí)，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(gè)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(kāi)/關(guān)和固定地址/自動(dòng)遞增。內(nèi)存塊分為兩個(gè)頁(yè)位置，一個(gè)用于7段亮度配置內(nèi)存，另一個(gè)用于LED（離散）配置內(nèi)存，配置內(nèi)存地址從0x00到0x07，配置頁(yè)地址為“10”和“11”。

1. 顯示設(shè)置（最大數(shù)字?jǐn)?shù)量）：通過(guò)在頁(yè)0x10和地址0x00的LSB2到LSB0寫(xiě)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(jí)別）：通過(guò)在相應(yīng)的地址位置（從0x00到0x03；頁(yè)0x10和0x11）寫(xiě)入4位值，可以設(shè)置不同的亮度級(jí)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(chǔ)顯示數(shù)據(jù)，顯示屏開(kāi)啟時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送到LED。地址指針、內(nèi)存頁(yè)和寫(xiě)信號(hào)指示寫(xiě)入數(shù)據(jù)的位置，該塊會(huì)管理地址指針。用戶(hù)寫(xiě)入第一個(gè)字節(jié)時(shí)，如果處于自動(dòng)遞增模式，地址會(huì)遞增1，否則地址指針保持不變。初始地址在寫(xiě)/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(hù)在讀寫(xiě)模式下每次只能訪問(wèn)一個(gè)庫(kù)。內(nèi)存塊分為4頁(yè)，不同