帶I2C總線接口的LED驅動器 SAA1064及其應用

摘要：SAA1064是Philips公司生產的帶I2C總線接口的4位LED驅動器。可用于驅動4位帶小數點的七段顯示器，并可通過多路開關對兩個2位顯示器進行切換顯示，文中介紹了SAA1064的功能、工作原理及I2C通訊規約，并給出了該芯片與80C552的接口電路和程序框圖。
關鍵詞：I2C接口；SAA1064；LED；80C552；動態顯示
1．概述
SAA1064是Philips公司生產的4位LED驅動器，為雙極型電路，具有I2C接口。該電路是特別為驅動4位帶有小數點的七段顯示器而設計的，通過多路開關可對兩個2位顯示器進行切換顯示。該器件內部帶有I2C總線從發送接收器，可以通過地址引腳ADR的輸入電平編程為4個不同的從器件地址。內部的模式控制器可以控制LED的各個位以使其能夠工作于靜態模式、動態模式、熄滅模式及段測試模式。
2．引腳功能及封裝形式
SAA1064采用24腳DIP和SOT兩種封裝形式，圖1所示為24腳DIP封裝的引腳排列。各主要引腳的功能如下：
ADR（1）：地址輸入線；
CEXT（2）：內部振蕩器電容輸入端，典型值為2.7nF；
P8～P1(3～10)：段數據輸出口1；
P9～P16(15～22)：段數據輸出口2；
MX1（11）：多路選擇開關輸出1；
MX2（14）：多路選擇開關輸出2：
VEE（12）：地；
VCC（13）：電源；
SDA（23）：I2C總線串行數據線；
SCL（24）：I2C總線串行時鐘線；
3．功能說明
3．1 通訊規約
主器件CPU通過I2C總線對SAA1064進行讀或寫，讀/寫方式中I2C總線上的信息傳送格式如圖2所示，圖中：S為啟動信號；P為結束信號；A為響應位；X為任意值；A1A0由ADR輸入電位確定2位地址位；SC SB SA為單元地址位；C6～C0為控制位;PR為上電復位標志。
3.2 SAA1064的從地址
SAA1064的從地址是由引腳ADR上的輸入電平決定的。ADR引腳在接VEE、3/8VCC、5/8VCC和VCC時分別對應于4個不同的從地址（A1A0=00、01、10、11）。在寫方式時，它們對應的從地址字節值為70H、72H、74H、76H，而在讀方式時，它們對應的從地址字節值為71H、73H、75H、77H。其他的地址不為該器件所響應。
3．3 狀態字節
SAA1064的狀態字節中只用1位：即上電復位標志位PR，它為邏輯“1”時，表示從上次讀狀態以后出現過掉電和加電，而在讀狀態字節操作完成以后，該標志清0。
3.4 單元地址
用位SC、SB、SA形成1個指針以確定指令字節以后的數據字節寫入哪個寄存器，而其它的數據依次寫入后繼單元中，這種特性稱為單元地址增量。單元地址指針范圍為0～7。單元地址分配如表1所列。
3．5 控制字節
控制字節各位（C0～C6）的含義如下：
C0=0 靜態顯示，數字位1和2可以連續顯示；
C0=1動態顯示，數字位1、3和2、4交替顯示；
C1=0/1數字位1、3暗/亮選擇位；
C2=0/1數字位2、4暗/亮選擇位；
C3=1 所有段導通以便段測試，其電流由C4、C5、C6所決定；
C4=1 段輸出電流增加3mA；
C5=1 段輸出電流增加6mA；
C6=1 段輸出電流增加12mA；
3．6 數據字節
數據字節中數據為1時為對應的段導通（亮），數據字節D17～D10、D27～D20、D37～D30、D47～D40分別對應于位1、2、3和4的顯示器，高位對應于輸出端P8或P16，低位對應于輸出端P1或P9，顯示器1～4顯示的數據對應于單元地址1～4的內容。
3．7 SDA、SCL
SDA、SCL分別為總線的數據線和時鐘線。為防止這些引腳上出現過壓脈沖，應接一個穩壓管（5.5V）至，即正常的線電壓不應超過5.5V。正常情況下，數據在響應位的時鐘上跳變鎖存。
3．8 上電復位
上電復位信號是在SAA1064芯片的內部產生的，該信號能使內部各位清0而顯示全暗，此時只有掉電標志置位。
3．9 外部定時控制電容
在SAA1064的引腳（2腳）上接一個定時電容到地可使內部多路轉換的振蕩器工作。在靜態工作方式中，因為不需要振蕩器工作，因此，該引腳可接或浮空。
3.10 段數據輸出端
P1～P16是吸收電流可控的段數據輸出端，可用相應的數字位控制其導通，并由C4、C5、C6控制位控制其電流的大小。
3．11 多路輸出端
SAA1064的多路輸出端MX1和MX2在動態顯示方式中交替導通，它們均由內部時鐘的分頻信號驅動。
在靜態方式中，MX1總是導通，其輸出由內部射極跟隨器組成，可直接驅動2位顯示器的公共極，如果超過了電路的總功耗，應當用晶體管把11腳和14腳相連在一起。
4． 典型應用
圖3給出了SAA1064和4位顯示器（動態顯示）的接口電路，圖中的顯示器為共陽極發光二極管組成的七段顯示器。
此電路可以用在電源模塊電路中作模塊電壓或電流值的顯示，也可用于檢測模塊電路中上報給CPU的電壓、電流值與實際值是否一致。用于控制I2C總線的單片機電路的方框圖如圖4所示。其中的80C552是飛利浦（PHILIPS）公司的80C51單片機，它具有256字節RAM數據存儲器、8路10位A/D轉換器、3個定時器/計數器及一個監視定時器；具有I2C串行總線等特點。圖4中，模塊中的電壓值V、電流值I經變換后送入A/D轉換口，經采樣并將采樣值轉化為段數據經I2C總線串行輸出到SAA1064。
控制SAA1064顯示電壓、電流的程序流程圖如圖5所示。可實現的功能為：最高位LED1顯示“U”，則表明顯示的是電壓值，如顯示“C”，則表明顯示的是電流值，后3位顯示的是電壓、電流的具體數值，如顯示“U45.0”表示電壓值為45.0V。電壓電流值每隔5秒交替顯示。在程序中，電壓、電流、顯示時間是由主程序的大循環控制的，這樣可提高CPU的工作效率。
筆者已將此電路用在48V/50A通信電源模塊上作調試和顯示使用，實際使用結果表明，SAA1064與80C552單片機的接口簡單，使用方便，效果良好。