MAX6959：2线接口LED显示驱动器的设计指南

MAX6958/MAX6959：2线接口LED显示驱动器的设计指南

在电子设计领域，LED显示驱动器是实现数字显示功能的关键组件。今天，我们来深入探讨MAXIM公司的MAX6958/MAX6959 2线接口、3V至5.5V、4位、9段LED显示驱动器，它不仅具备强大的显示驱动能力，还集成了按键扫描功能，为我们的设计带来了更多的便利。

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一、产品概述

MAX6958/MAX6959是紧凑型复用共阴极显示驱动器，通过SMBus和I²C兼容的2线串行接口，可将微处理器与七段数字LED或离散LED连接起来。它具有以下显著特点：

1. 电源兼容性：采用固定的0.8V/2.1V逻辑阈值，当显示驱动器由5V电源供电时，可与2.5V和3.3V系统兼容。
2. 显示驱动能力：可驱动多达四个7段数字（带小数点），再加四个离散LED；或四个7段数字和八个离散LED（不使用小数点）；甚至可驱动多达36个离散LED。
3. 按键扫描功能（仅MAX6959）：包含两个输入端口，可配置为按键开关读取器，自动扫描和消抖多达八个开关。
4. 其他特性：具备七段显示的十六进制字体、复用扫描电路、阳极和阴极驱动器、静态RAM存储每个数字，还提供64级内部数字亮度控制，降低LED驱动器的转换速率以减少EMI等。

二、产品特性解析

1. 接口与电源

• 2线串行接口：支持400kbps的通信速率，使用串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）实现主从设备之间的双向通信。
• 宽电源电压范围：可在3V至5.5V的电源电压下工作，适应不同的应用场景。

2. 显示驱动能力

• 多显示模式支持：可以灵活驱动多种类型的LED显示器，包括单色和双色单数字显示器、单色双数字显示器以及多位LED显示器。
• 恒定电流驱动：显示数字的峰值段电流内部设定为23mA，确保显示亮度的一致性。

3. 亮度控制与低功耗模式

• 64级数字亮度控制：通过内部的脉冲宽度调制器（PWM）实现，可精确调节显示亮度。
• 低功耗关机模式：关机电流仅为20µA，同时保留数据，有效降低功耗。

4. 按键扫描功能（仅MAX6959）

• 自动消抖：可自动扫描和消抖多达八个开关，减少按键抖动对系统的影响。
• 中断输出：当按键输入消抖时，可通过IRQ输出发出中断信号，方便微控制器及时响应按键事件。

三、引脚配置与连接方式

1. 引脚配置

MAX6958/MAX6959采用16引脚的PDIP和QSOP封装，各引脚功能明确。例如，SDA和SCL用于2线串行通信；SEG9/IRQ用于段输出或中断输出；DIGX/SEGX用于数字和段驱动；INPUT1和INPUT2（仅MAX6959）可作为通用逻辑输入或按键扫描输入。

2. 连接方式

• 单数字显示器连接：将阴极输出DIG0/SEG0 - DIG3/SEG3连接到四个显示数字的阴极，SEG0至SEG7可驱动八个额外的LED。
• 双数字显示器连接：将DIG0/SEG0和DIG1/SEG1连接到第一个双数字的阴极，DIG2/SEG2和DIG3/SEG3连接到第二个双数字的阴极，SEG0至SEG3可驱动离散LED，SEG4至SEG7可驱动小数点段。

四、串行接口通信

1. 通信协议

MAX6958/MAX6959作为从设备，通过2线接口与主设备（通常是微控制器）进行通信。通信过程包括起始条件、从设备地址、读写位、数据字节和停止条件。

2. 数据传输

每个时钟脉冲传输一个数据位，数据在SCL为高电平时必须保持稳定。接收方通过第9个时钟脉冲的应答位来确认数据的接收。

3. 读写操作

• 写操作：发送从设备地址（R/W位设置为0）， followed by the command byte and data bytes. The command byte determines the register to store the data.
• 读操作：先通过写命令配置命令字节，然后主设备可以连续读取n个字节的数据。主设备在每个读取字节的应答时钟脉冲期间确认接收，但最后一个字节不需要确认，随后发送停止条件。

五、寄存器配置

1. 数字类型寄存器

包括四个数字寄存器和一个段寄存器，用于存储显示数据。每个寄存器的一位对应一个段，高电平开启段，低电平关闭段。

2. 解码模式寄存器

用于设置每个数字的十六进制解码或无解码操作，通过逻辑高选择十六进制解码，逻辑低绕过解码器。

3. 配置寄存器

可用于进入和退出关机模式、检查设备类型以及全局清除数字数据。

4. 扫描限制寄存器

设置显示的数字数量（1至4个），同时限制可扫描的按键数量。

5. 亮度寄存器

通过内部的脉冲宽度调制器控制显示亮度，可将平均段电流从最大的63/64降至1/64的23mA峰值电流。

六、按键扫描功能（仅MAX6959）

1. 端口配置

INPUT1和INPUT2可作为通用逻辑输入或按键扫描输入，内部具有上拉电阻。IRQ/SEG9可配置为LED段输出、开漏逻辑输出或中断输出。

2. 按键消抖

按键扫描电路利用LED的共阴极驱动器输出作为按键扫描驱动，自动扫描和消抖按键。当至少一个按键在两个采样周期内都被按下时，按键被消抖并发出中断信号。

3. 按键状态寄存器

• 按键消抖寄存器：显示哪些按键已被消抖，读取该寄存器会清除寄存器内容，以便识别未来的按键按下事件。
• 按键按下寄存器：显示在最后一次测试中哪些按键被按下，读取该寄存器不会清除寄存器内容和中断输出。

七、应用注意事项

1. 驱动双色LED

MAX6958/MAX6959将双色数字视为两个单色数字，每个显示元素由红色和绿色芯片组成。

2. 低压操作

在4.5V至5.5V的电源电压下，可保证为2.4V（或更低）的LED提供23mA的段电流；在3V电源电压下，可为2V（或更低）的LED提供至少15.5mA的段电流。

3. 功耗计算

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

4. 电源供应

使用单个3V至5.5V电源供电，V+引脚应通过0.1µF电容旁路到GND，并在必要时增加一个10µF的电容。

通过以上对MAX6958/MAX6959的详细介绍，我们可以看到它在LED显示驱动和按键扫描方面的强大功能。在实际设计中，我们可以根据具体的应用需求，灵活配置寄存器和连接方式，充分发挥该驱动器的优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享交流。