移位寄存器在LED應(yīng)用設(shè)計中的特點分析

在使用發(fā)光二極管的設(shè)計中，移位寄存器可能是一個非常有用的設(shè)備。例如，如果系統(tǒng)包括由七段顯示器、單個指示器或發(fā)光二極管陣列組成的網(wǎng)格或面板，則可以使用標(biāo)準(zhǔn)的8位移位寄存器來允許低引腳數(shù)微控制器驅(qū)動多個發(fā)光二極管。
移位寄存器在發(fā)光二極管應(yīng)用設(shè)計中的特性分析
移位寄存器在發(fā)光二極管應(yīng)用設(shè)計中的特性分析
圖1.8移位寄存器7HC595驅(qū)動多個發(fā)光二極管
7HC595用于I/O擴展意味著它最多可以用三個單片機控制引腳驅(qū)動八個發(fā)光二極管。減少控制引腳數(shù)量，使得使用低引腳數(shù)的單片機成為可能，最終實現(xiàn)尺寸更小、性價比更高的設(shè)計。
此外，由于7HC595集成了串行輸出，因此可以級聯(lián)多個設(shè)備。圖2是布局圖。
圖2。級聯(lián)74HC595設(shè)備以驅(qū)動更多指示燈
這樣，級聯(lián)后，同樣的三個微控制器引腳可以用來控制多達(dá)16或24個發(fā)光二極管，而不是只有8個發(fā)光二極管。移位寄存器的級聯(lián)能力可以減少設(shè)計所需的微控制器總數(shù)，有助于降低成本和尺寸。
在某些情況下，可以使用5V、8位寄存器(如75HC595)直接驅(qū)動LED。當(dāng)LED被額定為具有相對較低的電壓和正向電流時，可以獲得最好的效果。如果LED的工作電壓高于6V，或者要求正向電流超過70mA，通常需要外接驅(qū)動器。
開漏輸出
向移位寄存器添加開漏輸出可以構(gòu)成單芯片解決方案，而無需使用外部驅(qū)動器。這樣可以大大降低物料清單，因為每個移位寄存器輸出都可以直接驅(qū)動LED。
圖3示出了這種器件—— 恩智浦，的NPIC6C596ALED驅(qū)動器——的輸出示意圖，其結(jié)合了類似于74HC595的移位寄存器功能并且具有高壓(HV)MOSFET驅(qū)動器。
圖3。開漏輸出移位寄存器輸出原理圖
圖4顯示使用NPIC6C596A代替74HC595。
圖4。開漏輸出移位寄存器輸出原理圖
用NPIC6C596A代替74HC595，不需要使用外部驅(qū)動器，從而用更少的材料建立了更緊湊的設(shè)計。
NPIC6C器件具有33V開漏輸出。每個輸出設(shè)計為吸收100毫安電流，沒有接地電流限制。所有輸出可以同時主動吸收100毫安。輸出包括限流電路，該電路將可吸收的最大電流設(shè)置為250毫安，每個輸出還包括熱保護(hù)。集成這些保護(hù)功能意味著與74HC595相比，NPIC6C496A器件可以用于驅(qū)動更多種類的LED，包括工作電壓更高、正向電流更大的LED。
保護(hù)特性
圖5顯示了NPIC6496A開漏輸出的限流電路特性。該電路限制每個輸出可以吸收的最大電流。漏極-源極電流隨著漏極電壓的增大而減小。它可以保護(hù)驅(qū)動輸出和組件。25C時，輸出箝位通常在漏極-源極電流為250毫安時激活。
圖6顯示了NPIC6C596A的開漏輸出如何提供熱保護(hù)。箝位電流與溫度成反比。隨著溫度的升高，輸出電阻也會增大，從而限制漏極-源極電流，防止輸出及其驅(qū)動的元器件損壞。在25C時，輸出通常將漏極電流限制在120mA。
圖5。限流特色5。NPIC6C596A
圖6。熱防護(hù)6。NPIC6C596A
多個選項：
表1顯示了恩智浦提供的NPIC6CLED驅(qū)動程序NPIC6C596和NPIC6C596A都是8位解決方案，而NPIC6C4894是12位解決方案。所有這些器件都集成了可以級聯(lián)的串行輸出。數(shù)據(jù)在輸入時鐘的上升沿通過移位寄存器傳播。對于NPIC6C595和NPIC6C4894，可以使用相同的上升沿向串行輸出QS發(fā)送數(shù)據(jù)。NPIC6C596和NPIC6C596A延遲串行輸出，直到輸入時鐘的下一個下降沿。延遲可以延長數(shù)據(jù)保持時間，提高時序裕量，簡化多個移位寄存器的級聯(lián)。
NPIC6C596和NPIC6C4894可以在4.5和5.5V范圍內(nèi)使用，因此這些器件適合5.0V控制邏輯接口。NPIC6C596A可在2.3至5.5V范圍內(nèi)使用，因此可用于5.0、3.3和2.5V控制邏輯接口。所有NPIC6C設(shè)備都在-40至125C的范圍內(nèi)工作，輸入時鐘頻率至少為10MHz。
表1 .恩智浦NPIC  6 CLED司機
NPIC6CLED驅(qū)動器采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SO4和TSSOP封裝以及節(jié)省空間的DQFN無鉛封裝，與TSSOP封裝相比，面積減少高達(dá)76%，與QFN封裝相比，面積減少高達(dá)40%。DQFN封裝還集成了散熱器，使其成為使用更高電流的空間受限應(yīng)用的首選封裝。此外，還提供汽車級版本。
表2 .NPIC6CLED驅(qū)動程序打包選項
結(jié)論
當(dāng)設(shè)計中包含發(fā)光二極管時，使用移位寄存器使得應(yīng)用尺寸更小、成本更低的微控制器成為可能。包括恩智浦，在內(nèi)的許多供應(yīng)商都提供標(biāo)準(zhǔn)8位移位寄存器(如75HC595)。使用集成開漏輸出的移位寄存器(如恩智浦的NPIC6C系列)可以在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，而無需使用外部發(fā)光二極管驅(qū)動器。