关于单片机驱动4位数码管最省的方案

ID:491577 · 发表于 2022-10-6 23:28

单片机驱动4位数码管很常见，常用驱动方案是：用74HC138，595，TM1650等芯片驱动，可不可以用单片机IO直接驱动呢？下面给出一种方案。
具有推挽输出的单片机IO直接驱动4位数码管，不加限流电阻。需要12个IO口。89C52单片机没有推挽输出不可以直接驱动4位数码管。注意这种方案对驱动程序要求很高，必须严格这行，随意操作有可能烧毁IO口。
一、首先是驱动电流问题
单片机IO最大电流是20ma，这里的电流指的是连续电流，MOS管最大瞬间电流至少是额定电流5倍，也就是100ma，瞬间指小于1ms。也就是说IO口瞬间1ms以内输出100ma电流是安全的。IO不加限流电阻直接驱动数码管电流在20--60ma，只要每次点亮时间小于1ms是安全的。
二、IO口驱动时序问题
IO直接驱动数码管当然不可以一次驱动8段，这样电流太大会烧毁IO，为了减少电流一次只驱动1个LED，4位数码管一共8*4=32个LED，要使数码管不闪烁每秒至少刷新30次，32个LED*30=960，也就是说1ms点亮一个LED就可以保证数码管不闪烁。为了使每个IO有充分的休息时间IO口驱动时序为：
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→
这样在数码管全亮时也可以保证每个IO口驱动1ms，至少休息3ms。IO口驱动时序是有一定要求的，不可以驱动完第一位8段再驱动第二位8段，这样有可能IO会连续驱动8ms有烧毁的风险。
三、数码管刷新程序执行问题
必须把数码管刷新程序放在1ms定时器中断中执行（这个中断要有最高优先级）。数码管刷新程序不可以放在主程序中执行。放在主程序中有风险，如果主程序中有长时间的延时程序或者长时间的中断程序，比如按键消抖，等待按键释放程序等等有可能造成驱动数码管IO长时间过流烧毁！！！因为一次只驱动1个LED，数码管刷新程会复杂一些，但是对于1TSTC单片机来说CPU占用率小于5%，不会影响其他程序执行。
驱动数码管的IO口还可以复用扫描按键，独立按键或者矩阵按键都可以。多加一个IO还可以再驱动8个独立LED灯。

ID:86926 · 发表于 2022-10-7 08:28

正反扫数码管，4位数码管共8只脚;前提是扫描IO口需要支持高阻态-高电平-低电平

ID:235691 · 发表于 2022-10-7 10:52

楼主给个例程看看

ID:624769 · 发表于 2022-10-7 11:52

撇开“瞬间电流100mA是安全的” 这个关点对错，我们不谈。

就这个点亮方式来讲，风险大，操作复杂，还没太大意义。

既然已经对单片机有了要求“需要强推挽输出”，不如多点限制，比如，直接用STC8 系列（当然其他品牌单片机也都可以）。 IO用上拉 + 开漏方式，来驱动共阴数码管。就能直接用标准的动态扫描方式来驱动，也不需要限流电阻，还安全可靠。

ID:235691 · 发表于 2022-10-7 14:12

给个网址看看，数码管不要限流电阻

【新提醒】开源基于STC单片机内部基准mini电压表—极简设计创新制作 - 单片机DIY制作 http://www.51hei.com/bbs/dpj-56990-1.html

ID:888148 · 发表于 2022-10-7 22:38

连限流电阻都舍不得加?步至于省到这程度吧

ID:491577 · 发表于 2022-10-8 07:50

蓝魄发表于 2022-10-7 08:28
正反扫数码管，4位数码管共8只脚;前提是扫描IO口需要支持高阻态-高电平-低电平

只有6脚3位数码管，8脚4位数码管找不到，7脚4位数码管有少量。STC单片机IO有三态直接驱动数码管没有问题，驱动时注意让各个IO轮流导通，每次导通小于1ms就可以。

ID:491577 · 发表于 2022-10-8 08:24

加限流电阻更安全，但是1个电阻要至少2分钱，再加2个焊点2分钱，最少需要4个限流电阻0.16元。对于大批量产品来说是需要考虑的，不用限流电阻的确有风险但程序调试好后就没有问题，这对于大批量产品来说不是问题，省钱更重要，当然对于DIY来说的确没必要。地板说：IO用上拉 + 开漏方式，来驱动共阴数码管，也可以，但是上拉电阻大约有4K太大，数码管不够亮，如果不在意亮度可以用。用推挽驱动数码管是超亮的。如果是3位数码管有单边脚6脚3位数码管更省IO，也有7脚4位数码管，太贵不建议。

ID:1034262 · 发表于 2022-10-8 10:46

玩玩可以，做产品就要谨慎了。
另外楼主说一次只点亮1个LED，分32次扫描，要知道，亮度跟平均电流有关，1/32的平均电流就很小了，亮度会严重不够的。4个数码管，要比较大的电流，位控可以用一个三极管即可，段码串联电阻限流，8段总电流不超过60mA比较安全。
MCU擅长处理事务，不擅长大电流驱动（MCU带LED驱动的例外，比如STC部分MCU）。

ID:624769 · 发表于 2022-10-8 11:12

hhh402 发表于 2022-10-8 08:24
加限流电阻更安全，但是1个电阻要至少2分钱，再加2个焊点2分钱，最少需要4个限流电阻0.16元。对于大批量产 ...

你做过测试么？4位数码管，段码4k上拉，动态扫描5ms点亮一位，20ms一循环，亮度是足够亮的。而你那种短时过压过流点亮法，是在消耗LED寿命，你点1个月看看，要么有的段不亮了，要么就开始光衰了。

ID:401564 · 发表于 2022-10-8 11:33

怎么会有这问题呢?

"可不可以用单片机IO直接驱动呢？"
这个肯定可以的呀,难道网上那么多电路,就没有一个是直接用IO驱动数码管的吗?答案是有的
"89C52单片机没有推挽输出不可以直接驱动4位数码管。"
不知道你这是什么意思,编程是个严谨的东西
有没有推挽输出跟直接驱动数码管,是没有绝对关系的
89C52一定是可以不用驱动IC就可以驱动数码管的,数据端口加上拉电阻就可以了

"一、首先是驱动电流问题"
你分析得一点都没道理,"也就是说IO口瞬间1ms以内输出100ma电流是安全的",这谁告诉你的呀,如果我通电时间1.1mS是不是就不安全了,那1.09mS呢?
"MOS管最大瞬间电流至少是额定电流5倍",这是谁告诉你的呀,这是个经验值,并不是STC单片机的数据手册,数据手册上写了多少,就是多少,没有写的,都是你"估计的","认为的",都不能作为参数使用
对于STC89C52,它没有推挽输出模式,压根就不存在输出电流过大的问题
对于现在新出高亮度的数码管,STC89C52的10uA电流直接就可以驱动了,不用上拉,也不用推挽输出,实际使用过的,绝对OK,小个数码管,我还觉得它太刺眼了呢,LED驱动要10mA电流,这都不知道是多少年前的教材了........

对于新的STC8G,STC8A,STC8H,它们内部都是有内置上拉电阻的,不需要另外加上拉电阻,直接就是12个IO控制一个4位数码管了,什么都不要,只要把输出模式设置为传统8051模式和启用内部上拉电阻就可以了

ID:491577 · 发表于 2022-10-8 13:20

回复10#，
一、1ms安全就是1ms以内安全，至于超过1ms是否安全我没说你自己判断，就如一个产品保质期1年，1年多1天或者多1个月产品就一定会坏吗？我的理解是1年内保证产品没有问题，超过1年不管，不论好坏都无所谓。按你的说法单片机IO最大电流20ma，那21ma或者25ma一定会烧管脚吗？
二、MOS管最大瞬间电流至少是额定电流5倍，这的确是经验，我不觉得STC单片机的数据手册能够把所有数据写进去。没有写的就是错的？
三、数码管的亮度够不够每个人看法不一样，应该有部分人也觉得数码管要亮一点吧，不然为什么开发出高亮数码管呢？开发板LED限流电阻1K我就觉得不够亮，你觉得10uA是你的事情，我还是觉得10ma比较好，为什么没有人生产最大电流1ma的数码管而是都生产20ma的？
四、“对于新的STC8G,STC8A,STC8H,它们内部都是有内置上拉电阻的,不需要另外加上拉电阻,直接就是12个IO控制一个4位数码管了,什么都不要,只要把输出模式设置为传统8051模式和启用内部上拉电阻就可以了”-----你还是复习一下数码管动态扫描知识吧，上拉电阻是需要根据显示内容不断打开和关闭的，89C52加上拉电阻是不可以直接驱动4位数码管的，1位是可以。

ID:401564 · 发表于 2022-10-8 14:54

hhh402 发表于 2022-10-8 13:20
回复10#，
一、1ms安全就是1ms以内安全，至于超过1ms是否安全我没说你自己判断，就如一个产品保质期1年，1 ...

"你还是复习一下数码管动态扫描知识吧，上拉电阻是需要根据显示内容不断打开和关闭的,89C52加上拉电阻是不可以直接驱动4位数码管的"
嗯........好吧!你这个关于上拉电阻的使用方法说得非常好,而且,你这个数码管使用方法也非常好,简洁明了,妙不可言
收回我上面所有的话,我给你道歉:我错了,你说的都是对的,我说的全是错的,我以前做过的关于数码管的的项目都是错误的.

ID:451718 · 发表于 2022-10-8 18:43

hhh402 发表于 2022-10-8 08:24
加限流电阻更安全，但是1个电阻要至少2分钱，再加2个焊点2分钱，最少需要4个限流电阻0.16元。对于大批量产 ...

100r的排阻，大概2分钱一个，用两个就够8个段口限流了。

ID:213173 · 发表于 2022-10-8 20:56

就楼主“单片机驱动4位数码管最省的方案”而言是可行的。关键词是“最省”。不论是电路最省还是银子最省，只要硬件条件合适就能成功，不必质疑其可行性。超高亮数码管单笔段1mA电流就亮得刺眼。曾经用100K限流电阻+超高亮Φ3LED用于5V电源指示灯，亮度足够。有一些玩具，如荧光棒之类的产品，其本身就几乎是一次性的。玩过就扔。无需考虑耐久性，降低成本才是王道。

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