用8引脚的微控制器控制带多个LED的两位数字显示

8引脚微控制器能支持丰富的外设功能。不过，由于芯片电源需要占用两个引脚，所以，最多可用I/O引脚数目常常只有6个。这样以来，采用这些器件设计系统的难度就可能比较大，特别是如果这些系统所包含的显示要求很高时。

一般地，Charlieplexing方法可使N个I/O引脚控制N*(N1)倍的LED。例如，图1示出了微控制器的5个引脚接了20个LED。在上述Charlieplexed表示中，其中一个引脚被设置为逻辑“1”输出引脚，另一个脚被设置为逻辑“0”输出引脚。其余引脚设置为高阻态输入。

因此，在任何给定的时间内，只有一个LED导通。在适当的延迟后，通过改变引脚配置，使该LED截止，下一个LED导通。每个LED导通的速率必须大于50Hz，以避免出现看得见的闪烁。所以，对20个LED，总显示刷新率应该至少为1,000Hz。

图1：微控制器的5个引脚接了20个LED。

我们的应用需要一个最大计数为200的计数器。本来可简单地使用一个相称的复杂微控制器，但是我们最后还是决定尝试采用最廉价而现成的8引脚微控制器，最终选择了AtmelAVRATtiny15。计数器的输入来自一个按扭开关，因此6个I/O引脚中只有5个可用于显示。因为计数器是面向对十六进制熟悉的工程师，所以，我们决定采用两位数字显示，显示范围为00～FF(Hex)，即便如此，装好两位数字显示似乎也很难。

我们采用Charlieplexed显示，按需要的两位数字，7段格式排列LED，以实现设计目的(图2)。我们选择了3mm的高亮度LED，7段显示的每一段都由3个LED组并联而成。

图2：采用Charlieplexed显示，按需要的两位数字，7段格式排列LED。

所有电阻都是100Ω、1/4WCFR。通过LED的峰值电流大约是30mA(5V电源)，而系统能在3V～6V电源电压范围任意电压下工作。刷新率设置为1,000Hz，由ATtiny15的1.6MHz内部系统时钟产生。该电路也适合与许多ATtiny器件或者8引脚PIC微控制器结合使用。

虽然我们的方案是针对一个简单计数器，但系统是可扩展的，可将显示增加到2-1/2位格式。此外，很多8引脚微控制器都内置有一个模-数转换器通道，该通道可与2-1/2位显示一起使用，构成电压表。同样地，利用该技术也能实现具有自动量程修正功能的频率计数器。

Charlieplexing的不足之处是流过每个LED的电流占空周期低。由于在任意给定的时间内只有一个LED导通，所以占空周期是1/[N*(N1)]。对于20个LED，流过每个LED电流的占空周期将只有5%。随着LED数目的增加，占空周期缩短。因此，要保持流过LED的平均电流一定，峰值电流必须按比例增大。在某些点上，峰值电流将超过LED的额定值，不能再用Charlieplexing。

另一个需要考虑的是，只能使用那些每个引脚都能配置为输出及高阻输入的微控制器。因此，典型的8051不适合控制CharlieplexedLED显示。