带I2C总线接口的LED驱动器 SAA1064及其应用

摘要：SAA1064是Philips公司生产的带I2C总线接口的4位LED驱动器。可用于驱动4位带小数点的七段显示器，并可通过多路开关对两个2位显示器进行切换显示，文中介绍了SAA1064的功能、工作原理及I2C通讯规约，并给出了该芯片与80C552的接口电路和程序框图。
关键词：I2C接口；SAA1064；LED；80C552；动态显示
1．概述
SAA1064是Philips公司生产的4位LED驱动器，为双极型电路，具有I2C接口。该电路是特别为驱动4位带有小数点的七段显示器而设计的，通过多路开关可对两个2位显示器进行切换显示。该器件内部带有I2C总线从发送接收器，可以通过地址引脚ADR的输入电平编程为4个不同的从器件地址。内部的模式控制器可以控制LED的各个位以使其能够工作于静态模式、动态模式、熄灭模式及段测试模式。
2．引脚功能及封装形式
SAA1064采用24脚DIP和SOT两种封装形式，图1所示为24脚DIP封装的引脚排列。各主要引脚的功能如下：
ADR（1）：地址输入线；
CEXT（2）：内部振荡器电容输入端，典型值为2.7nF；
P8～P1(3～10)：段数据输出口1；
P9～P16(15～22)：段数据输出口2；
MX1（11）：多路选择开关输出1；
MX2（14）：多路选择开关输出2：
VEE（12）：地；
VCC（13）：电源；
SDA（23）：I2C总线串行数据线；
SCL（24）：I2C总线串行时钟线；
3．功能说明
3．1 通讯规约
主器件CPU通过I2C总线对SAA1064进行读或写，读/写方式中I2C总线上的信息传送格式如图2所示，图中：S为启动信号；P为结束信号；A为响应位；X为任意值；A1A0由ADR输入电位确定2位地址位；SC SB SA为单元地址位；C6～C0为控制位;PR为上电复位标志。
3.2 SAA1064的从地址
SAA1064的从地址是由引脚ADR上的输入电平决定的。ADR引脚在接VEE、3/8VCC、5/8VCC和VCC时分别对应于4个不同的从地址（A1A0=00、01、10、11）。在写方式时，它们对应的从地址字节值为70H、72H、74H、76H，而在读方式时，它们对应的从地址字节值为71H、73H、75H、77H。其他的地址不为该器件所响应。
3．3 状态字节
SAA1064的状态字节中只用1位：即上电复位标志位PR，它为逻辑“1”时，表示从上次读状态以后出现过掉电和加电，而在读状态字节操作完成以后，该标志清0。
3.4 单元地址
用位SC、SB、SA形成1个指针以确定指令字节以后的数据字节写入哪个寄存器，而其它的数据依次写入后继单元中，这种特性称为单元地址增量。单元地址指针范围为0～7。单元地址分配如表1所列。
3．5 控制字节
控制字节各位（C0～C6）的含义如下：
C0=0 静态显示，数字位1和2可以连续显示；
C0=1动态显示，数字位1、3和2、4交替显示；
C1=0/1数字位1、3暗/亮选择位；
C2=0/1数字位2、4暗/亮选择位；
C3=1 所有段导通以便段测试，其电流由C4、C5、C6所决定；
C4=1 段输出电流增加3mA；
C5=1 段输出电流增加6mA；
C6=1 段输出电流增加12mA；
3．6 数据字节
数据字节中数据为1时为对应的段导通（亮），数据字节D17～D10、D27～D20、D37～D30、D47～D40分别对应于位1、2、3和4的显示器，高位对应于输出端P8或P16，低位对应于输出端P1或P9，显示器1～4显示的数据对应于单元地址1～4的内容。
3．7 SDA、SCL
SDA、SCL分别为总线的数据线和时钟线。为防止这些引脚上出现过压脉冲，应接一个稳压管（5.5V）至，即正常的线电压不应超过5.5V。正常情况下，数据在响应位的时钟上跳变锁存。
3．8 上电复位
上电复位信号是在SAA1064芯片的内部产生的，该信号能使内部各位清0而显示全暗，此时只有掉电标志置位。
3．9 外部定时控制电容
在SAA1064的引脚（2脚）上接一个定时电容到地可使内部多路转换的振荡器工作。在静态工作方式中，因为不需要振荡器工作，因此，该引脚可接或浮空。
3.10 段数据输出端
P1～P16是吸收电流可控的段数据输出端，可用相应的数字位控制其导通，并由C4、C5、C6控制位控制其电流的大小。
3．11 多路输出端
SAA1064的多路输出端MX1和MX2在动态显示方式中交替导通，它们均由内部时钟的分频信号驱动。
在静态方式中，MX1总是导通，其输出由内部射极跟随器组成，可直接驱动2位显示器的公共极，如果超过了电路的总功耗，应当用晶体管把11脚和14脚相连在一起。
4． 典型应用
图3给出了SAA1064和4位显示器（动态显示）的接口电路，图中的显示器为共阳极发光二极管组成的七段显示器。
此电路可以用在电源模块电路中作模块电压或电流值的显示，也可用于检测模块电路中上报给CPU的电压、电流值与实际值是否一致。用于控制I2C总线的单片机电路的方框图如图4所示。其中的80C552是飞利浦（PHILIPS）公司的80C51单片机，它具有256字节RAM数据存储器、8路10位A/D转换器、3个定时器/计数器及一个监视定时器；具有I2C串行总线等特点。图4中，模块中的电压值V、电流值I经变换后送入A/D转换口，经采样并将采样值转化为段数据经I2C总线串行输出到SAA1064。
控制SAA1064显示电压、电流的程序流程图如图5所示。可实现的功能为：最高位LED1显示“U”，则表明显示的是电压值，如显示“C”，则表明显示的是电流值，后3位显示的是电压、电流的具体数值，如显示“U45.0”表示电压值为45.0V。电压电流值每隔5秒交替显示。在程序中，电压、电流、显示时间是由主程序的大循环控制的，这样可提高CPU的工作效率。
笔者已将此电路用在48V/50A通信电源模块上作调试和显示使用，实际使用结果表明，SAA1064与80C552单片机的接口简单，使用方便，效果良好。