MAX6952：4 線接口 5×7 矩陣 LED 顯示驅(qū)動(dòng)芯片深度解析

在電子設(shè)備的顯示領(lǐng)域，LED 顯示屏以其高亮度、低功耗、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。而驅(qū)動(dòng) LED 顯示屏的芯片則是實(shí)現(xiàn)其功能的關(guān)鍵。今天，我們就來(lái)深入探討一款來(lái)自 MAXIM 的 4 線接口、2.7V 至 5.5V 供電的 4 位 5×7 矩陣 LED 顯示驅(qū)動(dòng)芯片——MAX6952。

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芯片概述

MAX6952 是一款緊湊的陰極行顯示驅(qū)動(dòng)芯片，它通過(guò) SPI 兼容的串行接口將微處理器與 5×7 點(diǎn)陣 LED 顯示屏連接起來(lái)，最多可驅(qū)動(dòng)四個(gè)數(shù)字（共 140 個(gè) LED）。芯片內(nèi)部集成了 ASCII 104 字符字體、多路掃描電路、列和行驅(qū)動(dòng)器以及靜態(tài) RAM，可存儲(chǔ)每個(gè)數(shù)字和 24 個(gè)用戶可定義字符的字體數(shù)據(jù)。同時(shí)，它還具備低功耗關(guān)斷模式、段閃爍功能和測(cè)試模式，并且 LED 驅(qū)動(dòng)器采用了壓擺率限制技術(shù)以降低 EMI。

特性亮點(diǎn)

高速串行接口

支持 26MHz 的高速 SPI、QSPI 和 MICROWIRE 兼容串行接口，能夠快速傳輸數(shù)據(jù)，滿足高速顯示的需求。

寬電壓范圍

可在 2.7V 至 5.5V 的電壓范圍內(nèi)正常工作，具有較好的電源適應(yīng)性，適用于多種不同的電源系統(tǒng)。

多顯示模式

能夠驅(qū)動(dòng)四個(gè)單色或兩個(gè)雙色陰極行 5×7 矩陣顯示屏，為不同的顯示需求提供了靈活的解決方案。

豐富字體資源

內(nèi)置 ASCII 104 字符字體，同時(shí)還提供 24 個(gè)用戶可定義字符，滿足多樣化的顯示內(nèi)容需求。

智能控制功能

每個(gè)段都具備自動(dòng)閃爍控制功能，還有 36μA 的低功耗關(guān)斷模式（數(shù)據(jù)可保留）、16 級(jí)數(shù)字亮度控制、上電時(shí)顯示消隱等特性，以及壓擺率限制的段驅(qū)動(dòng)器以降低 EMI。

多種封裝形式

提供 36 引腳 SSOP 和 40 引腳 DIP 兩種封裝形式，方便不同的 PCB 設(shè)計(jì)和應(yīng)用場(chǎng)景。

應(yīng)用場(chǎng)景

由于其出色的性能和豐富的功能，MAX6952 廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如信息公告板、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)顯示器、音頻/視頻設(shè)備和游戲機(jī)等。

電氣特性

電源相關(guān)特性

• 工作電源電壓：范圍為 2.7V 至 5.5V，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 關(guān)斷電源電流：在關(guān)斷模式下，所有數(shù)字輸入處于 V+ 或 GND 時(shí)，在不同溫度下有不同的電流值，如在 TA = +25°C 時(shí)為 36μA，TA = TMIN 至 TMAX 時(shí)最大為 100μA。
• 工作電源電流：當(dāng)所有段開(kāi)啟、強(qiáng)度設(shè)置為最大、使用內(nèi)部振蕩器、DOUT 開(kāi)路且無(wú)顯示負(fù)載連接、閃爍開(kāi)路時(shí)，電流為 12 至 16mA。

  時(shí)鐘相關(guān)特性

• 主時(shí)鐘頻率：內(nèi)部振蕩器模式下，當(dāng) RSET = 53.6kΩ、CSET = 26pF 時(shí)，頻率為 4MHz；外部振蕩器模式下，頻率范圍為 1 至 8MHz。
• 死時(shí)鐘保護(hù)頻率：為 90kHz。
• OSC 內(nèi)部/外部檢測(cè)閾值：為 1.7V。
• OSC 高時(shí)間和低時(shí)間：均為 50ns。

  其他特性

• 段閃爍周期：慢速段閃爍周期為 1s，快速段閃爍周期為 0.5s，且快/慢段占空比為 49.5% 至 50.5%。
• 列驅(qū)動(dòng)源電流：在 VLED = 2.4V、V+ = 3.0V、TA = +25°C 時(shí)，為 -32 至 -48mA。
• 段電流壓擺率：在 TA = +25°C 時(shí)為 12.5mA/μs。
• 段驅(qū)動(dòng)電流匹配：在 TA = +25°C 時(shí)為 4%。

引腳說(shuō)明

MAX6952 各引腳都有其特定的功能，以下是一些關(guān)鍵引腳的介紹：

• O0 - O13：LED 陰極驅(qū)動(dòng)器，輸出從顯示屏的陰極行吸收電流。
• GND：接地引腳。
• ISET：用于通過(guò)串聯(lián)電阻 RSET 設(shè)置峰值電流。
• BLINK：閃爍時(shí)鐘輸出，為開(kāi)漏輸出。
• DIN：串行數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)在 CLK 的上升沿加載到內(nèi)部 16 位移位寄存器。
• CLK：串行時(shí)鐘輸入，CLK 上升沿時(shí)數(shù)據(jù)移入內(nèi)部移位寄存器，下降沿時(shí)數(shù)據(jù)從 DOUT 輸出，且僅在 CS 為低電平時(shí)有效。
• DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)在 CLK 上升沿輸出，為推挽輸出。
• CS：芯片選擇輸入，CS 為低電平時(shí)串行數(shù)據(jù)加載到移位寄存器，CS 上升沿鎖存最后 16 位串行數(shù)據(jù)。
• OSC：多路復(fù)用時(shí)鐘輸入，可使用內(nèi)部振蕩器（連接電容 CSET 到 GND）或外部時(shí)鐘（用 1MHz 至 8MHz 的 CMOS 時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)）。
• O14 - O23：LED 陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)器，輸出向顯示屏的陽(yáng)極列提供電流。
• V+：正電源電壓，需用 47μF 大容量電容和 0.1μF 陶瓷電容旁路到 GND。

控制與操作

4 線接口控制

控制 MAX6952 需要發(fā)送一個(gè) 16 位字，其中第一個(gè)字節(jié)（D15 至 D8）是命令字節(jié)，第二個(gè)字節(jié)（D7 至 D0）是數(shù)據(jù)字節(jié)。

多設(shè)備連接

多個(gè) MAX6952 可以通過(guò)將一個(gè)設(shè)備的 DOUT 連接到下一個(gè)設(shè)備的 DIN，并并行驅(qū)動(dòng) CLK 和 CS 線進(jìn)行菊花鏈連接。數(shù)據(jù)在 DIN 處通過(guò)內(nèi)部移位寄存器傳播，并在 15.5 個(gè)時(shí)鐘周期后從 DOUT 輸出。

寄存器操作

寫入設(shè)備寄存器

寫入 MAX6952 的步驟如下：

1. 將 CLK 置低。
2. 將 CS 置低，使能內(nèi)部 16 位移位寄存器。
3. 按照設(shè)置和保持時(shí)間要求，將 16 位數(shù)據(jù)從 D15 到 D0 依次時(shí)鐘輸入到 DIN，其中 D15 為低表示寫命令。
4. 在最后一位數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入后，CLK 仍為高時(shí)將 CS 置高。
5. 將 CLK 置低。

   讀取設(shè)備寄存器

   讀取 MAX6952 寄存器數(shù)據(jù)的步驟如下：

6. 將 CLK 置低。
7. 將 CS 置低，使能內(nèi)部 16 位移位寄存器。
8. 按照設(shè)置和保持時(shí)間要求，將 16 位數(shù)據(jù)從 D15 到 D0 依次時(shí)鐘輸入到 DIN，其中 D15 為高表示讀命令，D14 至 D8 包含要讀取的寄存器地址，D7 至 D0 包含無(wú)用數(shù)據(jù)將被丟棄。
9. 將 CS 置高，此時(shí)移位寄存器的 D7 至 D0 位置將加載由 D15 至 D8 尋址的寄存器中的數(shù)據(jù)。
10. 將 CLK 置低。
11. 發(fā)出另一個(gè)讀或?qū)懨睿梢允菬o(wú)操作命令），并檢查 DOUT 處的位流，第二個(gè) 8 位即為步驟 3 中由 D14 至 D8 尋址的寄存器內(nèi)容。

其他功能模塊

字符生成器

芯片內(nèi)置了一個(gè)包含 104 個(gè)字符的 ASCII 字體和 24 個(gè)用戶可定義字符的字體映射。用戶可以通過(guò)串行接口將自定義字符上傳到片上 RAM 中，但設(shè)備掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失。

多路復(fù)用時(shí)鐘和閃爍定時(shí)

OSC 引腳可以連接電容 CSET 到 GND 以使用內(nèi)部 RC 多路復(fù)用振蕩器，也可以由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。多路復(fù)用時(shí)鐘頻率決定了多路掃描速率和閃爍定時(shí)。顯示掃描速率通過(guò)將 OSC 頻率除以 5600 計(jì)算得出。如果需要精確的閃爍速率，可以使用 1MHz 至 8MHz 的外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng) OSC。多個(gè) MAX6952 的 OSC 輸入可以連接到一個(gè)共同的外部時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的閃爍同步。

掃描限制寄存器

該寄存器用于設(shè)置顯示的單色數(shù)字?jǐn)?shù)量，可選兩個(gè)或四個(gè)。雙色數(shù)字可視為兩個(gè)單色數(shù)字連接。為了提高顯示的有效亮度，可以只驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)字，但這會(huì)增加所需的 MAX6952 數(shù)量。

顯示測(cè)試寄存器

該寄存器可將驅(qū)動(dòng)器在正常模式和顯示測(cè)試模式之間切換。顯示測(cè)試模式會(huì)使所有 LED 點(diǎn)亮，覆蓋但不改變所有控制和數(shù)字寄存器（包括關(guān)斷寄存器）。在顯示測(cè)試模式下，掃描八個(gè)數(shù)字，占空比為 7/16（半功率）。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

電源選擇

為了最小化功耗，在大多數(shù)系統(tǒng)中，MAX6952 應(yīng)使用系統(tǒng)的 3.3V 標(biāo)稱電源。如果使用的 LED 正向電壓降高于 2.4V，則需要相應(yīng)提高電源電壓，以確保驅(qū)動(dòng)器始終有至少 0.6V 的余量。如果最低電源電壓為 5V，可以在 MAX6952 的電源中插入一個(gè)串聯(lián)電阻，以確保不超過(guò) MAX6952 的散熱限制。

低電壓操作

MAX6952 可以在 2.7V 至 5.5V 的電源范圍內(nèi)工作。最小有效電源電壓由 LED 在峰值電流 ISEG 下的正向電壓降加上驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)所需的 0.6V 余量決定。如果電源電壓低于此最小值，驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)可能會(huì)出現(xiàn)欠壓，無(wú)法正確調(diào)節(jié)電流。隨著電源電壓進(jìn)一步下降，LED 段驅(qū)動(dòng)電流將受到輸出驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通電阻的有效限制，顯示強(qiáng)度會(huì)均勻變暗。

功耗計(jì)算

MAX6952 的功耗上限可以通過(guò)以下公式計(jì)算： [P{D}=(V+× 12 mA)+left(V+-V{LED }right)(D U T Y × I S E G × N)] 其中，V+ 為電源電壓，Duty 為強(qiáng)度寄存器設(shè)置的占空比，N 為驅(qū)動(dòng)的段數(shù)（最壞情況為 10），VLED 為 LED 正向電壓，ISEG 為通過(guò) RSET 設(shè)置的段電流，PD 為功耗（電流單位為 mA 時(shí)，功耗單位為 mW）。

電路板布局

在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• RSET 與 ISET 引腳的連接是高阻抗節(jié)點(diǎn)，對(duì)布局敏感。應(yīng)將 RSET 緊靠 ISET 引腳放置，并使用非常短的走線將 RSET 直接連接到這些引腳。
• 確保 RSET 接地端的走線直接連接到 GND 引腳（PDIP 封裝為 18 腳，SSOP 封裝為 16 腳），并且該走線不用于任何其他接地連接。

總之，MAX6952 是一款功能強(qiáng)大、性能出色的 LED 顯示驅(qū)動(dòng)芯片，在電子工程師的設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要充分了解其特性和功能，合理選擇電源、設(shè)置寄存器，并注意電路板布局等方面的問(wèn)題，以確保芯片能夠穩(wěn)定、高效地工作。大家在使用 MAX6952 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。