工业设备中LED显示和键盘扫描设计

工业设备、汽车电子及仪器仪表中普遍使用LED显示器，原因是LED显示器成本低廉、使用灵活、封装体积小。
 
开发这类设备时，常常会由于CPU资源不足而不得不采用扩展接口芯片来满足应用系统的需要，而出现这种情况的原因之一是键盘显示占用了太多的系统资源，键盘显示通常采用以下两种方式：（1）采用并行接口的键盘显示专用芯片8279。但8279所需外围元件多（显示驱动、译码等）、占用电路板面积大、综合成本较高；（2）采用通用并行I/O芯片扩展（如8155等），但此方案同样需要驱动显示，同时键盘显示扫描还需占用大量CPU时间；针对这一应用，MAXIM公司推出了带有键盘扫描的LED显示驱动电路MAX6955，该器件具有400kbps、I2C兼容的2线串行接口，可大大简化设计。

1 MAX6955的功能框图及概述

MAX6955是紧凑型显示驱动器，通过I2C兼容的2线串行接口将微处理器连接至7/14/16段LED显示器。串行接口支持多片MAX6955的级联，可驱动多达16位7段、8位14段、8位16段或128个分立LED，且电源电压可低至2.7V。该器件还具有5条I/O扩展线（GPIO）P0～P4，其中P0～P3可以部分或全部配置为按键开关输入，能够自动扫描和去抖动多达32个矩阵开关，P4可配置为IRQ输出。

MAX6955器件内部包含全部14段和16段104个ASCII字符的字模、7段显示使用的16进制字模、多工扫描电路、阳极和阴极驱动器以及用于存储各位显示的静态RAM。显示位的最大段电流可通过单个外部电阻来设定。各位的显示亮度可用内部的16级数字亮度控制电路独立调节。MAX6955还包含低功耗关断模式、限制扫描位寄存器（允许用户选择1～16位用于显示）、段闪烁控制（如果需要，可通过驱动器实现同步）及强制所有LED点亮的测试模式。LED驱动具有限斜率输出，以降低EMI。图1是MAX6955的功能框图。

2 MAX6955的主要特性

●400kbps、I2C兼容的2线串行接口；

●工作电压2.7V～5.5V；

●可控制多达16位7段、8位14段、8位16段、128个分立LED，或各种类型的组合；

●可驱动共阴极单色和双色LED显示器；

●内置14段和16段104个ASCII字符的字模以及7段显示使用的16进制字模；

●各段独立的自动闪烁控制；

●10μA（典型值）低功耗关断模式（数据保持）；

●16级各位独立的数字高度控制；

●上电期间显示消隐；

●限斜率段电流驱动器降低EMI；

●5个GPIO端口可配置为按键开关输入，能够自动扫描和去抖多达32个按键开关，且支持多键同时按下：

●按键输入去抖后输出IRQ；

●工作于标准的汽车级温度范围。

3 使用MAX6955的注意事项

MAX6955采用I2C兼容的2线串行接口进行控制，主控端发送：起始位+7位从地址+读写位+寄存器地址+一个或多个字节的数据+停止位。由于接收端在第9个脉冲时需要发回应答位，所以完成一个字节的通信需要9个脉冲。

MAX6955有7位从地址，第8位是读写位，高电平是读，低电平是写。7位从地址的高3位是110，低4位由地址输入管脚AD0和AD1的接法决定，它们分别连续GND、V+、CL和SDA，从而获得16个所需的从地址。

对MAX6955的读写操作是通过命令寄存器地址完成的，第一个字节是命令字节（实际上是寄存器地址），它决定着第二个字节的数据写入哪个寄存器或者从那个寄存器读取数据，如果命令字节后面没有数据，则MAX6955不执行操作。如果命令字节后面有多个字节的数据，MAX6955内部的寄存器地址自动累加，这样可以缩短MAX6955的读写时间。图2给出了MAX6955的读写时序。

4 LED显示和键盘扫描设计

用MAX6955设计LED显示和键盘扫描电路的一个具体实例。该方案可实现8个按键扫描、32个独立LED指示灯显示以及8位7段LED显示。