隨著計算機技術和電子技術的飛速發展和廣泛應用，電器設備的輸出顯示技術也變得復雜多樣，諸如CRT顯示、LCD顯示、多位LED顯示及發光二極管顯示等應運而生。在這些顯示當中，LED及發光二極管顯示電路較為簡單，成本也較低，在功能單一的儀器儀表與機電設備中應用較廣。但當設備顯示的點或位較多時，就需要采用一定的驅動電路與相應的驅動方式。
　　在LED的驅動和顯示單元的設計中，采用的方式有許多種：利用計算機芯片的端口作為LED的驅動口，并通過軟件編程加外部驅動實現，缺點是占用計算機芯片的時間和相關資源；利用專用接口芯片如Intel8155、8255等作為計算機芯片的端口擴展，并通過軟件編程加外部驅動實現，缺點是電路較復雜，功耗較大，也要占用計算機芯片的時間和相關資源；利用顯示用專用芯片如Intel8279、MAX7219、PS7219等，可實現較復雜的功能，但其占用計算機芯片端口還是較多，并且芯片價格較高。大多數顯示驅動器都沒有嚴格的總線時序，在強干擾環境下容易造成時序混亂，使顯示不正常。本文討論的LED顯示方案是利用Philips公司的LPC系列單片機芯片的電路特性，從另一種形式來定制專用的LED顯示驅動控制器芯片。主要利用基于I²C總線的通訊接口，使連接可靠；且基于軟件編程控制顯示，使顯示方式及種類多樣。由于LPC系列芯片的端口驅動能力較強，一般的LED可直接連接，在不外加元件的情況下，可實現多位LED或大量發光二極管的顯示，與其它芯片連接時，占用的I/O" title="I/O">I/O口較少。
1 4位7段LED顯示器
　　通常的4位LED顯示器如圖1所示，其內部由多只發光二極管構成，按連接方式不同可分為共陽極LED與共陰極LED。其電路特性基本一致：發光二極管導通壓降為1.2V～1.8V、正向工作電流為2mA～15mA。在顯示驅動方式中，采用動態掃描。當掃描到n1～n4公共端時，LED驅動器分別對應輸出a～dp的顯示段，LED就能正常顯示。在自定制LED顯示驅動器芯片中，LPC系列中的P87LPC762單片機芯片具有較好的端口設置與較強的內部功能，因此可以通過編程設置其引腳功能作為LED顯示器的驅動芯片。

2 定制4位7段LED顯示驅動器芯片
　　要實現4位7段LED的顯示，只要使流過發光二極管每段的電流達到要求就可以了。在這里選用Philips公司LPC系列的P87LPC762單片機實現顯示驅動電路。P87LPC762是一款增強型51系列的單片機，除具有一般單片機的功能外，還具有驅動LED的性能：
　　·I/O口具有上拉" title="上拉">上拉輸出模式或開漏輸出模式設置，可作為共陰極或共陽極LED的段輸出與位輸出。
　　·具有較大的端口拉電流或灌電流，內部有短路保護功能，可實現LED的電流驅動。
　　·當設計4位LED驅動器時，芯片其余引腳可作I²C總線地址設置、LED的極性選擇。
　　·內部有2K的OPT，可作為程序存儲器，用以實現接口與顯示程序化。
　　·自帶I²C硬件接口，便于接口編程與多芯片連接。
　　·內部看門狗與內部復位，可提高驅動顯示的可靠性。
　　·內部設有RC振蕩器，減少了外部元件。
　　P87LPC762芯片的引腳功能如圖2所示。它有三個端口：Port0、Port1、Port2。當選擇內部振蕩和內部復位時，最大的I/O端口數目可達到18個。大多數端口均可以通過軟件配置成準雙向、上拉、輸入、開漏輸出四種類型之一。對于上拉輸出模式，P87LPC762在標準的準雙向口基礎上增加了第三只三極管以提供強上拉功能，在高電平時可輸出很大的拉電流；對于開漏輸出模式，端口對外可提供很大的灌電流；對于輸入模式，端口引腳電平由外部電壓決定。

　　根據4位動態LED的顯示特性，在此對P87LPC762的端口作定義，定義引腳如表1所示。P0.0～P0.7作為4位LED的段輸出，根據LED極性不同，端口可設為上拉輸出或開漏輸出；P1.0、P1.1、P1.6、P1.7作為4位LED的位輸出，根據LED極性不同，端口可設為開漏輸出或上拉輸出；P1.5作為LED的極性選擇，設置為輸入模式；P2.1、P2.0、P1.4作為I²C總線外部地址，便于多芯片連接時對I²C總線地址設定，設置為輸入模式；P1.2、P1.3保持I²C總線接口功能不變。定義后的芯片引腳如圖3所示。

　　要實現以上的芯片設置，P87LPC762的部分內部特殊功能寄存器及引腳設置如表2所示。PxMx為端口模式設置，配合LED極性進行選擇。UCFG1為芯片系統配置字，在芯片編程時需寫入，在程序運行后便不可以設置了。當配置字為FBH時，其意義為：啟動看門狗、內部復位、復位后口線為高電平、欠壓電壓為2.5V、六個Clock時鐘，內部RC振蕩器。

3 定制6位“米”字段LED顯示驅動器芯片
　　通常，1位“米”字段LED顯示器外形圖如圖4所示，其內部由多只發光二極管構成。如要組成6位“米”字段LED顯示器，需將相同的段、位分別連接起來，每位公共端引出以便進行動態掃描。根據發光二極管連接極性不同，可分為共陽極與共陰極兩種方式。6位“米”字段LED顯示器由于輸出段、位較多，可選用LPC系列的P89LPC932芯片實現顯示驅動電路，其引腳為28腳封裝，最大的I/O端口數目可達到26個，功能引腳如圖5所示。P89LPC932具有與P87LPC762相同的端口電氣特性，并且具有較多的I/O端口，因此可以將它作為6位“米”字段LED顯示器的驅動器芯片。新定制的驅動器芯片引腳如圖6所示：a～n為驅動段輸出，n1～n6為驅動位輸出；A/K作為共陽極與共陰極的選擇端；A0～A2作為I²C總線外部地址選擇，最多可連接8只外部芯片；SDA、SCL保持I²C總線接口功能不變。

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4 定制的LED顯示驅動器芯片的應用
　　以定制的4位7段LED顯示驅動器芯片為例，設計的LED顯示驅動器的原理圖如圖7所示。它采用89C52" title="89C52">89C52單片機的通用I/O口P1.0、P1.1作為模擬I²C總線；LED顯示器為4位共陰極LED，A/K引腳接電源；顯示驅動芯片采用P87LPC762作定制，命名為LED-762。第一塊芯片的I²C總線外部地址為000，用A0、A1、A2引腳接地來實現，其余芯片地址依次設置，最多可連接8只外部芯片(圖中未畫出)。從電路圖來看，LED-762可以不加任何外部元件就可以作為LED的驅動器，由于采用I²C總線連接，占用系統資源最少，電路較簡單。如在I²C總線上連接8只LED-762， LED擴展位數可達到32位。對于“米”字段LED顯示驅動器芯片的應用，可采用同樣的連接方式。在同樣的I²C總線上，最多可擴展的“米”字段LED可達到48位，足可以滿足一般使用要求。

　　為了提高I²C總線驅動能力，在實現多片連接時，SCL、SDA需接總線匹配上拉電阻。
5 定制的LED顯示驅動器芯片的軟件編程
　　由于LPC系列芯片內部帶有支持I²C總線硬件接口，用戶可以直接把它作為I²C總線的主控器或I²C總線的被控器。被控器通過I²C硬件中斷處理可實現從總線上接收或發送數據；主控器操作I²C總線可實現起始時序、數據時序、應答時序、停止時序來檢測I²C總線被控器，并實現相應的數據傳送。I²C總線上的被控器是以I²C總線地址來區別的。I²C總線地址統一由I²C總線委員會實現分配，芯片地址共7位(它占據了D7～D1位)，高4位(D7～D4)決定芯片種類，用戶也可以自定義芯片種類，低3位(D3～D1)通過芯片A0、A1、A2引腳設置。
　　當使用帶有I²C總線接口的LPC系列芯片定制LED顯示驅動器芯片時，定制的LED顯示驅動器芯片設置為被控器，而要發送顯示數據的CPU設置為I²C總線主控器。定制的LED顯示驅動芯片通過I²C中斷接收數據的流程圖如圖8所示。當從I²C總線上接收第一個數據時，判斷是否與本芯片地址相同，如相同并且為寫顯示數據，則發送應答時序接收4位顯示數據，然后I²C接口恢復到空閑狀態。要實現LED動態顯示，可對LED顯示驅動器編制顯示程序，根據LED極性輸入，分別送出要顯示的段和位，LED就能正常顯示。

　　根據I²C總線協議要求，對主控器發送來的數據有一定的響應時間要求。最短時間可由RC振蕩器的倍頻頻率和中斷響應時間來決定，最高速率可達到400kbs/s。最低速率可由LPC系列內部專用I²C定時器I來控制，為了適應非標準的低速率的I²C總線操作，可關閉定時器I。
6 芯片測試及主要性能指標
　　按照定制要求，將完整的LED顯示驅動程序與芯片設置參數通過編程器固化后，要制作芯片測試連接圖，如圖7所示。這里采用89C52的P1.0與P1.1作為模擬I²C總線控制線，編寫模擬I²C驅動程序。而且，89C52主機重新復位、I²C總線通訊斷線等情況下均不能影響顯示驅動器的下一次正常數據接收。如果關閉定制的LED驅動器中的定時器I，模擬I²C程序暫停、單步調試定制的LED驅動器也能正常驅動顯示。由于Philips公司的LPC系列芯片端口輸出電流能力較強，在驅動0.5英寸共陰極與共陽極LED時，LED亮度均達到要求。在長期全亮顯示時，定制的LED驅動芯片溫升正常，能夠長期連續工作。在實際使用時，控制端口A/及A0、A1、A2由于編程時設置成輸入模式，故其懸空時輸入電平為不確定狀態，并隨機變化，有可能造成不正常顯示，應根據地址設定要求，強制接VCC或GND。