可驱动20个LED对数/点状/条状的微控制器

美国国家半导体公司的LM3914点状/条状显示驱动器已经面市20多年了，但仍然在设计者中广泛流行。LM3914可以检测模拟电压，并使10个 LED显示，方法是以点状模式点亮10个LED中的一个，或以条形图模式逐个点亮LED。最近，一种模拟输入电压显示器的一项应用，要求能够以线性或对数级格式实现10个以上LED的显示。根据 LM3914的数据资料，可以将多支3914级联起来，获得10个以上LED的显示（参考文献1），但即使这么做，LM3914也只能线性地显示输入电压。（编辑注：美国国家半导体还提供 LM3915，这是一款对数型3dB步长版，而LM3916则适合音频应用，以音量单位显示输入。）

本文应用要求超出了LM3914提供的灵活性，它使用了一个基于Atmel AVR系列ATTiny13微控制器的电路，有1kB程序内存、一个四通道10位ADC，以及6个通用I/O 脚。调整电路的固件就可以实现0 V ~ 5V输入电压范围内的线性或对数型缩放。

图1中的电路以20个连续显示输入电压。当开关S1关闭时，即将显示冻结在当时的电流水平读数。微控制器6个I/O脚中的5个控制着所有20个LE D和开关。剩下的I/O脚配置为一个 ADC 输入通道，负责接收模拟输入电压。微控制器采用 Charlieplexing，这是一种用I/O线驱动多达N×(N-1)个LED的方法，这样只用５个I/O脚就可以驱动20个 LED（参考文献2 ~ 4）。

固件以C语言编写，并用AVR-GCC编译，这是一个以Windows和Linux版提供的免费C编译器和汇编器。它使用运行在中断驱动自由模式的 Tiny13内部 10 位 ADC，将模拟输入电压转换为一个数字值。每次转换完成时，ADC 产生一个由子程序读出的中断，中断将 ADC 转换输出保存在一个共享变量中。

为了产生无闪烁的显示，一个内部定时器从一个9.6MHz系统时钟产生一个1875Hz中断，以大于90Hz的速率驱动多路输出的 LED。将ADC计数除以一个常数即得到输入电压的一个线性显示。用一个查找表缩放ADC计数就产生一个对数显示。图2表示确定该查找表值的对数转换曲线。用于线性和对数缩放的 ATTiny13控制程序版本都可以从本设计实例处下载。可以对这些源码作修改，而只显示0V ~ 5V输入电压中的某个子区间。例如，可以设定1V ~ 3V的线性显示范围，或2V ~ 3V输入电压的对数缩放。

参考文献
1. LM3914 data sheet.
2. Lancaster, Don, "Tech Musings," August 2001.
3. "Charlieplexing: Reduced Pin-Count LED Multiplexing," Maxim Application Note 1880, Feb 10, 2003.
4. Benabadji, Noureddine, "PIC microprocessor drives 20-LED dot- or bar-graph display," EDN, Sept 1, 2006, pg 71.