關于單片機驅動4位數碼管最省的方案

ID:491577 · 發表于 2022-10-6 23:28

單片機驅動4位數碼管很常見，常用驅動方案是：用74HC138，595，TM1650等芯片驅動，可不可以用單片機IO直接驅動呢？下面給出一種方案。
具有推挽輸出的單片機IO直接驅動4位數碼管，不加限流電阻。需要12個IO口。89C52單片機沒有推挽輸出不可以直接驅動4位數碼管。注意這種方案對驅動程序要求很高，必須嚴格這行，隨意操作有可能燒毀IO口。
一、首先是驅動電流問題
單片機IO最大電流是20ma，這里的電流指的是連續電流，MOS管最大瞬間電流至少是額定電流5倍，也就是100ma，瞬間指小于1ms。也就是說IO口瞬間1ms以內輸出100ma電流是安全的。IO不加限流電阻直接驅動數碼管電流在20--60ma，只要每次點亮時間小于1ms是安全的。
二、IO口驅動時序問題
IO直接驅動數碼管當然不可以一次驅動8段，這樣電流太大會燒毀IO，為了減少電流一次只驅動1個LED，4位數碼管一共8*4=32個LED，要使數碼管不閃爍每秒至少刷新30次，32個LED*30=960，也就是說1ms點亮一個LED就可以保證數碼管不閃爍。為了使每個IO有充分的休息時間IO口驅動時序為：
1位1段→2位2段→3位3段→4位4段→
1位5段→2位6段→3位7段→4位8段→
1位2段→2位3段→3位4段→4位5段→
1位6段→4位7段→4位8段→4位1段→
1位3段→2位4段→3位5段→4位6段→
1位7段→2位8段→3位1段→4位2段→
1位4段→2位5段→3位6段→4位7段→
1位8段→2位1段→3位2段→4位3段→
這樣在數碼管全亮時也可以保證每個IO口驅動1ms，至少休息3ms。IO口驅動時序是有一定要求的，不可以驅動完第一位8段再驅動第二位8段，這樣有可能IO會連續驅動8ms有燒毀的風險。
三、數碼管刷新程序執行問題
必須把數碼管刷新程序放在1ms定時器中斷中執行（這個中斷要有最高優先級）。數碼管刷新程序不可以放在主程序中執行。放在主程序中有風險，如果主程序中有長時間的延時程序或者長時間的中斷程序，比如按鍵消抖，等待按鍵釋放程序等等有可能造成驅動數碼管IO長時間過流燒毀！！！因為一次只驅動1個LED，數碼管刷新程會復雜一些，但是對于1TSTC單片機來說CPU占用率小于5%，不會影響其他程序執行。
驅動數碼管的IO口還可以復用掃描按鍵，獨立按鍵或者矩陣按鍵都可以。多加一個IO還可以再驅動8個獨立LED燈。

ID:86926 · 發表于 2022-10-7 08:28

正反掃數碼管，4位數碼管共8只腳;前提是掃描IO口需要支持高阻態-高電平-低電平

ID:235691 · 發表于 2022-10-7 10:52

樓主給個例程看看

ID:624769 · 發表于 2022-10-7 11:52

撇開“瞬間電流100mA是安全的” 這個關點對錯，我們不談。

就這個點亮方式來講，風險大，操作復雜，還沒太大意義。

既然已經對單片機有了要求“需要強推挽輸出”，不如多點限制，比如，直接用STC8 系列（當然其他品牌單片機也都可以）。 IO用上拉 + 開漏方式，來驅動共陰數碼管。就能直接用標準的動態掃描方式來驅動，也不需要限流電阻，還安全可靠。

ID:235691 · 發表于 2022-10-7 14:12

給個網址看看，數碼管不要限流電阻

【新提醒】開源基于STC單片機內部基準mini電壓表—極簡設計創新制作 - 單片機DIY制作 http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-56990-1.html

ID:888148 · 發表于 2022-10-7 22:38

連限流電阻都舍不得加?步至于省到這程度吧

ID:491577 · 發表于 2022-10-8 07:50

藍魄發表于 2022-10-7 08:28
正反掃數碼管，4位數碼管共8只腳;前提是掃描IO口需要支持高阻態-高電平-低電平

只有6腳3位數碼管，8腳4位數碼管找不到，7腳4位數碼管有少量。STC單片機IO有三態直接驅動數碼管沒有問題，驅動時注意讓各個IO輪流導通，每次導通小于1ms就可以。

ID:491577 · 發表于 2022-10-8 08:24

加限流電阻更安全，但是1個電阻要至少2分錢，再加2個焊點2分錢，最少需要4個限流電阻0.16元。對于大批量產品來說是需要考慮的，不用限流電阻的確有風險但程序調試好后就沒有問題，這對于大批量產品來說不是問題，省錢更重要，當然對于DIY來說的確沒必要。地板說：IO用上拉 + 開漏方式，來驅動共陰數碼管，也可以，但是上拉電阻大約有4K太大，數碼管不夠亮，如果不在意亮度可以用。用推挽驅動數碼管是超亮的。如果是3位數碼管有單邊腳6腳3位數碼管更省IO，也有7腳4位數碼管，太貴不建議。

ID:1034262 · 發表于 2022-10-8 10:46

玩玩可以，做產品就要謹慎了。
另外樓主說一次只點亮1個LED，分32次掃描，要知道，亮度跟平均電流有關，1/32的平均電流就很小了，亮度會嚴重不夠的。4個數碼管，要比較大的電流，位控可以用一個三極管即可，段碼串聯電阻限流，8段總電流不超過60mA比較安全。
MCU擅長處理事務，不擅長大電流驅動（MCU帶LED驅動的例外，比如STC部分MCU）。

ID:624769 · 發表于 2022-10-8 11:12

hhh402 發表于 2022-10-8 08:24
加限流電阻更安全，但是1個電阻要至少2分錢，再加2個焊點2分錢，最少需要4個限流電阻0.16元。對于大批量產 ...

你做過測試么？4位數碼管，段碼4k上拉，動態掃描5ms點亮一位，20ms一循環，亮度是足夠亮的。而你那種短時過壓過流點亮法，是在消耗LED壽命，你點1個月看看，要么有的段不亮了，要么就開始光衰了。

ID:401564 · 發表于 2022-10-8 11:33

怎么會有這問題呢?

"可不可以用單片機IO直接驅動呢？"
這個肯定可以的呀,難道網上那么多電路,就沒有一個是直接用IO驅動數碼管的嗎?答案是有的
"89C52單片機沒有推挽輸出不可以直接驅動4位數碼管。"
不知道你這是什么意思,編程是個嚴謹的東西
有沒有推挽輸出跟直接驅動數碼管,是沒有絕對關系的
89C52一定是可以不用驅動IC就可以驅動數碼管的,數據端口加上拉電阻就可以了

"一、首先是驅動電流問題"
你分析得一點都沒道理,"也就是說IO口瞬間1ms以內輸出100ma電流是安全的",這誰告訴你的呀,如果我通電時間1.1mS是不是就不安全了,那1.09mS呢?
"MOS管最大瞬間電流至少是額定電流5倍",這是誰告訴你的呀,這是個經驗值,并不是STC單片機的數據手冊,數據手冊上寫了多少,就是多少,沒有寫的,都是你"估計的","認為的",都不能作為參數使用
對于STC89C52,它沒有推挽輸出模式,壓根就不存在輸出電流過大的問題
對于現在新出高亮度的數碼管,STC89C52的10uA電流直接就可以驅動了,不用上拉,也不用推挽輸出,實際使用過的,絕對OK,小個數碼管,我還覺得它太刺眼了呢,LED驅動要10mA電流,這都不知道是多少年前的教材了........

對于新的STC8G,STC8A,STC8H,它們內部都是有內置上拉電阻的,不需要另外加上拉電阻,直接就是12個IO控制一個4位數碼管了,什么都不要,只要把輸出模式設置為傳統8051模式和啟用內部上拉電阻就可以了

ID:491577 · 發表于 2022-10-8 13:20

回復10#，
一、1ms安全就是1ms以內安全，至于超過1ms是否安全我沒說你自己判斷，就如一個產品保質期1年，1年多1天或者多1個月產品就一定會壞嗎？我的理解是1年內保證產品沒有問題，超過1年不管，不論好壞都無所謂。按你的說法單片機IO最大電流20ma，那21ma或者25ma一定會燒管腳嗎？
二、MOS管最大瞬間電流至少是額定電流5倍，這的確是經驗，我不覺得STC單片機的數據手冊能夠把所有數據寫進去。沒有寫的就是錯的？
三、數碼管的亮度夠不夠每個人看法不一樣，應該有部分人也覺得數碼管要亮一點吧，不然為什么開發出高亮數碼管呢？開發板LED限流電阻1K我就覺得不夠亮，你覺得10uA是你的事情，我還是覺得10ma比較好，為什么沒有人生產最大電流1ma的數碼管而是都生產20ma的？
四、“對于新的STC8G,STC8A,STC8H,它們內部都是有內置上拉電阻的,不需要另外加上拉電阻,直接就是12個IO控制一個4位數碼管了,什么都不要,只要把輸出模式設置為傳統8051模式和啟用內部上拉電阻就可以了”-----你還是復習一下數碼管動態掃描知識吧，上拉電阻是需要根據顯示內容不斷打開和關閉的，89C52加上拉電阻是不可以直接驅動4位數碼管的，1位是可以。

ID:401564 · 發表于 2022-10-8 14:54

hhh402 發表于 2022-10-8 13:20
回復10#，
一、1ms安全就是1ms以內安全，至于超過1ms是否安全我沒說你自己判斷，就如一個產品保質期1年，1 ...

"你還是復習一下數碼管動態掃描知識吧，上拉電阻是需要根據顯示內容不斷打開和關閉的,89C52加上拉電阻是不可以直接驅動4位數碼管的"
嗯........好吧!你這個關于上拉電阻的使用方法說得非常好,而且,你這個數碼管使用方法也非常好,簡潔明了,妙不可言
收回我上面所有的話,我給你道歉:我錯了,你說的都是對的,我說的全是錯的,我以前做過的關于數碼管的的項目都是錯誤的.

ID:451718 · 發表于 2022-10-8 18:43

hhh402 發表于 2022-10-8 08:24
加限流電阻更安全，但是1個電阻要至少2分錢，再加2個焊點2分錢，最少需要4個限流電阻0.16元。對于大批量產 ...

100r的排阻，大概2分錢一個，用兩個就夠8個段口限流了。

ID:213173 · 發表于 2022-10-8 20:56

就樓主“單片機驅動4位數碼管最省的方案”而言是可行的。關鍵詞是“最省”。不論是電路最省還是銀子最省，只要硬件條件合適就能成功，不必質疑其可行性。超高亮數碼管單筆段1mA電流就亮得刺眼。曾經用100K限流電阻+超高亮Φ3LED用于5V電源指示燈，亮度足夠。有一些玩具，如熒光棒之類的產品，其本身就幾乎是一次性的。玩過就扔。無需考慮耐久性，降低成本才是王道。

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關于單片機驅動4位數碼管最省的方案