MAX6958/MAX6959：2線接口LED顯示驅(qū)動器的設(shè)計指南

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

文件下載：MAX6959.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX6958/MAX6959是緊湊型復(fù)用共陰極顯示驅(qū)動器，通過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。它具有以下顯著特點：

1. 電源兼容性：采用固定的0.8V/2.1V邏輯閾值，當顯示驅(qū)動器由5V電源供電時，可與2.5V和3.3V系統(tǒng)兼容。
2. 顯示驅(qū)動能力：可驅(qū)動多達四個7段數(shù)字（帶小數(shù)點），再加四個離散LED；或四個7段數(shù)字和八個離散LED（不使用小數(shù)點）；甚至可驅(qū)動多達36個離散LED。
3. 按鍵掃描功能（僅MAX6959）：包含兩個輸入端口，可配置為按鍵開關(guān)讀取器，自動掃描和消抖多達八個開關(guān)。
4. 其他特性：具備七段顯示的十六進制字體、復(fù)用掃描電路、陽極和陰極驅(qū)動器、靜態(tài)RAM存儲每個數(shù)字，還提供64級內(nèi)部數(shù)字亮度控制，降低LED驅(qū)動器的轉(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）和串行時鐘線（SCL）實現(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)用場景。

2. 顯示驅(qū)動能力

• 多顯示模式支持：可以靈活驅(qū)動多種類型的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：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級數(shù)字亮度控制：通過內(nèi)部的脈沖寬度調(diào)制器（PWM）實現(xiàn)，可精確調(diào)節(jié)顯示亮度。
• 低功耗關(guān)機模式：關(guān)機電流僅為20μA，同時保留數(shù)據(jù)，有效降低功耗。

4. 按鍵掃描功能（僅MAX6959）

• 自動消抖：可自動掃描和消抖多達八個開關(guān)，減少按鍵抖動對系統(tǒng)的影響。
• 中斷輸出：當按鍵輸入消抖時，可通過IRQ輸出發(fā)出中斷信號，方便微控制器及時響應(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；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連接到四個顯示數(shù)字的陰極，SEG0至SEG7可驅(qū)動八個額外的LED。
• 雙數(shù)字顯示器連接：將DIG0/SEG0和DIG1/SEG1連接到第一個雙數(shù)字的陰極，DIG2/SEG2和DIG3/SEG3連接到第二個雙數(shù)字的陰極，SEG0至SEG3可驅(qū)動離散LED，SEG4至SEG7可驅(qū)動小數(shù)點段。

四、串行接口通信

1. 通信協(xié)議

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

2. 數(shù)據(jù)傳輸

每個時鐘脈沖傳輸一個數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)在SCL為高電平時必須保持穩(wěn)定。接收方通過第9個時鐘脈沖的應(yīng)答位來確認數(shù)據(jù)的接收。

3. 讀寫操作

• 寫操作：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：先通過寫命令配置命令字節(jié)，然后主設(shè)備可以連續(xù)讀取n個字節(jié)的數(shù)據(jù)。主設(shè)備在每個讀取字節(jié)的應(yīng)答時鐘脈沖期間確認接收，但最后一個字節(jié)不需要確認，隨后發(fā)送停止條件。

五、寄存器配置

1. 數(shù)字類型寄存器

包括四個數(shù)字寄存器和一個段寄存器，用于存儲顯示數(shù)據(jù)。每個寄存器的一位對應(yīng)一個段，高電平開啟段，低電平關(guān)閉段。

2. 解碼模式寄存器

用于設(shè)置每個數(shù)字的十六進制解碼或無解碼操作，通過邏輯高選擇十六進制解碼，邏輯低繞過解碼器。

3. 配置寄存器

可用于進入和退出關(guān)機模式、檢查設(shè)備類型以及全局清除數(shù)字數(shù)據(jù)。

4. 掃描限制寄存器

設(shè)置顯示的數(shù)字數(shù)量（1至4個），同時限制可掃描的按鍵數(shù)量。

5. 亮度寄存器

通過內(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LED段輸出、開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)動器輸出作為按鍵掃描驅(qū)動，自動掃描和消抖按鍵。當至少一個按鍵在兩個采樣周期內(nèi)都被按下時，按鍵被消抖并發(fā)出中斷信號。

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，讀取該寄存器會清除寄存器內(nèi)容，以便識別未來的按鍵按下事件。
• 按鍵按下寄存器：顯示在最后一次測試中哪些按鍵被按下，讀取該寄存器不會清除寄存器內(nèi)容和中斷輸出。

七、應(yīng)用注意事項

1. 驅(qū)動雙色LED

MAX6958/MAX6959將雙色數(shù)字視為兩個單色數(shù)字，每個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. 功耗計算

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

4. 電源供應(yīng)

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

通過以上對MAX6958/MAX6959的詳細介紹，我們可以看到它在LED顯示驅(qū)動和按鍵掃描方面的強大功能。在實際設(shè)計中，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)動器的優(yōu)勢。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。