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作者：Luke Sangalli 來(lái)源：電子設計技術(shù) 日期：2009-09-30 最近出現了幾篇文章，介紹了一些新奇的方法，旨在增加微處理器借助數量有限的引腳所能驅動(dòng)的LED的數量（參考文獻1）。標準的多路復用方法是由于多位七段顯示器而流行起來(lái)，而在引腳稀少的設計方案中，它已讓位于“Charlie多路復用(Charlieplexing)”。 Charlie Allen在Maxim公司工作期間發(fā)明了這種方法，該公司此后一直在推出采用該方法的IC（參考文獻2）。Allen利用多數微處理器都可用的高阻抗第三輸入狀態(tài)來(lái)關(guān)斷矩陣中的LED；LED各自微處理器引腳的高電平或低電平狀態(tài)會(huì )分別接通這些LED。利用這種方法，您僅用9根微處理器引腳就能驅動(dòng)9個(gè)七段LED顯示器，而通常需要17根。如果是N根引腳，那么您用Charlie多路復用方法就能對N×(N–1)只LED分別尋址。 人們對Charlie多路復用方法的一個(gè)主要不滿(mǎn)是關(guān)于它糟糕的占空比。曾有一篇設計實(shí)例把標準的多路復用方法與Charlie多路復用方法做了比較（參考文獻3）。如果使用Charlie多路復用方法，則20只LED組成的顯示器的最大占空比僅為5%。但是，占空比數字糟糕的原因并非該方法本身，而是由于微處理器的驅動(dòng)能力和一些寄生泄漏路徑。一根引腳通常無(wú)法汲取有效點(diǎn)亮若干LED所需的電流，因此這些設計方案經(jīng)常需要一根供應引腳和一根汲取引腳，目的是在任何時(shí)候只點(diǎn)亮一只LED。但是，如果添加一只晶體管或兩只電阻，您就能避開(kāi)這些問(wèn)題。 
圖1 如果把LED排列成交叉點(diǎn)陣列，并且向每列添加一只晶體管，那么Charlie多路復用方法的占空比就會(huì )與標準多路復用方法相似。 如果把LED排列成熟悉的交叉點(diǎn)陣列形式，并且給每列添加一只晶體管來(lái)承載共用電流，那么會(huì )發(fā)現Charlie多路復用方法的占空比與標準多路復用方法沒(méi)有很大差別（圖1）。對于一個(gè)由20只LED組成的5列矩陣，每只LED保持接通的時(shí)間為總時(shí)間的20%，而標準多路復用方法是25%，但是現在并未使用9根引腳，而只使用了5根（表1）。
表1LED數量與占空比 給每列添加晶體管和電阻的缺點(diǎn)之一在于，如果LED數量很大，那么您就需要額外元件來(lái)實(shí)現合理的LED亮度。但是該方法比使用昂貴IC的方法更好，并且不會(huì )比標準多路復用方法或“Guga多路復用”(Gugaplexing)更差，后者也需要額外的晶體管和電阻。從成本和收益的角度看，想一想，當LED數量達到90只時(shí)，PCB尺寸和10只額外晶體管或電阻的成本與顯示器本身相比，就顯得微不足道了。 如果仔細檢查電路，您會(huì )注意到它有5根微處理器引腳（P1到P5）可用于總共N×(N–1)=20只LED。例如，當P3處于高電平時(shí)，Q3的發(fā)射極約為4.4V，此時(shí)如果您使 P1、P2、P3或P5處于低電平，那么您就能關(guān)斷D13、D23、D43或D53。任何一根設為“輸入”（或“高阻抗”）的引腳都會(huì )關(guān)斷相應的LED。當P1和P4為低電平時(shí)，P3為高電平，P2和P5為高阻抗狀態(tài)。當P3處于高電平時(shí)，晶體管Q3偏置接通，其它所有晶體管基極處于低電平（這可確保電流不會(huì )流動(dòng)）或高阻抗（不向基極供應電流，因此晶體管不導電）。第三列的所有二極管可以接通，但只有D13和D43通過(guò)P1和P4（二者均為低電平）以及 100Ω限流電阻建立了一條直接通向地的路徑。 D23和D53連至高阻抗輸入引腳，并且只能通過(guò)一些嘗試接通Q2和Q5的100Ω電阻來(lái)導電。由于存在正向電壓降（一般為2.2V），因此Q2和Q5的發(fā)射極將低于1.6V，如下列方程所示：5VCC–0.6V (Q3)–2.2V (D23或D53)–0.6V (Q3或Q5)–ILED×100Ω<1.6V，其中ILED是LED的電流。這種情形不允許第2列或第5列的任何LED亮度不合理想。 參考文獻 1. Lancaster, Don, Tech Musings, August 2001. 2.“Charlieplexing—Reduced Pin-Count LED Display Multiplexing,” Application Note 1880, Maxim, Feb 10, 2003. 3. Gupta, Saurabh, and Dhananjay V Gadre, “Multiplexing technique yields a reduced-pin-count LED display,” EDN, Oct 16, 2008, pg 68. |
