MAX6960大LED显示屏编程指南

MAX6960大LED显示屏编程指南

摘要：本文介绍了如何级联配置多个8 × 8点阵LED驱动芯片MAX696x，实现大规模LED显示屏或点阵的驱动。该系列驱动器可最多菊链连接256个芯片，构成大规模点阵显示屏的驱动、控制和编程。该应用笔记解释了该系列芯片之间的差别，以及如何利用它们实现多层、多行、多列配置。

器件概要

LED驱动芯片MAX6960无需使用外围电路，通过其8行、16列端口可直接驱动两组单色8 × 8点阵显示模块。每个集电极开路的行端口可以从16个列端口吸取最大40mA的固定电流。8个行端口在时间上可以复用；某一时刻，只有一个行端口吸取电流。因此，从每个列端口吸取的平均电流为5mA。

MAX6960也可以驱动一组双色(红、绿) 8 × 8点阵显示模块。点阵的每个节点都可以独立控制开、关，或支持4级的亮度调节(包括关闭)。所有显示模块的亮度由PWM信号控制，共有256个亮度级。能够将最多256个MAX6960级联在一起，组成一个大规模显示控制系统；而主控制器可通过4线串口(DIN、DOUT、CLK和/CS)对所有显存进行寻址访问。所有级联芯片通过3线串口(ADDCLK、ADDIN和ADDOUT)连接，无需主控制器介入即可完成芯片间级联的自行配置。

该系列的其它LED驱动芯片和MAX6960功能相似。MAX6961只能对点阵中节点进行开、关操作；MAX6962只能驱动单色显示模块；MAX6963可对点阵节点进行开、关操作，只能驱动单色显示模块。

应用示例

图1所示电路采用两片MAX6960驱动4个单色显示模块，LDM-24288NI是由Lumex®公司生产的8 × 8点阵、绿色LED显示模块。4个显示模块(D1、D2、D3和D4)由左到右排列，组成一个8行32列的显示屏。因为U1和U2的RISET0和RISET1均连接到GND，所以，所有列的电流都设置成固定40mA。

U1和U2的4线接口采用并行连接而不是由DIN和DOUT进行串行级联。每个芯片指令都只能选中一个芯片，这是因为上电后通过3线接口配置每个芯片的专有地址。当两个或多个MAX6960级联到一起时，全局命令可同时控制所有MAX6960。所有芯片的4线接口都以并联方式连接。

每个MAX6960都有一个3线接口，所有MAX6960通过这个3线接口级联。通常，会有一个MAX6960被选为主芯片。这个主芯片的地址为0，并为其余MAX6960提供时钟信号。所有MAX6960的ADDCLK引脚连接在一起。只有主芯片的ADDIN引脚连接到V+，其余MAX6960的ADDIN引脚连接到前一芯片的ADDOUT引脚，而芯片地址较前一级联芯片加1。最后一个芯片的ADDOUT引脚悬空。


图1. 多个MAX6960驱动4个单色显示屏

上电时，所有MAX6960的0x00驱动器地址寄存器被初始化为全0，ADDOUT引脚被置成逻辑低。因为在没有时钟信号输入时，主芯片的ADDIN引脚为逻辑高电平，所以MAX6960主芯片需要自检测其状态。上电后，主芯片生成时钟信号，并将其ADDOUT引脚置为逻辑高。主芯片其后级联的每一片MAX6960在其ADDIN引脚变成逻辑高之前，会通过计数时钟周期数设置芯片地址，然后将ADDOUT引脚设置成逻辑高。因此，所有MAX6960驱动地址寄存器将在256个ADDCLK时钟周期内完成初始化。

显存地址的配置

每个MAX6960内有64字节显存，显存可以划分为2层或4层。某一时刻，只选中一层驱动芯片端口。这种多层结构使用户可以在某一层驱动LED时更新其它层；也可在多层之间切换，实现动画功能。

当应用配置为4层时，每层包含16字节；如果每一像素占用1位，那么16列、8行像素将占用128位。应用配置为2层时，每层包含32字节；如果每像素占用2位，那么16列、8行像素将占用256位。一个单色显示模块有8行、8列；一个双色显示模块有8行、16列，因此，一层可支持2个单色显示模块或一个双色显示模块。

显存一次仅支持8位访问。对1位/像素的应用，显存执行写操作的第一个8位数据是写第一列，第二个8位的数据是写第二列，以此类推。因此，一个8 × 8像素的1位/像素的显示模块，需要写入8字节。这就是说，第一个显示模块的第一列地址是0，第一个显示模块的第二列地址是1，第二个显示模块的第一列地址是8，以此类推。当使用多个MAX6960芯片时，所有的显存组合在一起，而显存地址由下式确定：

显存地址 = (驱动器数 - 1) × 16 + (显示模块数 - 1) × 8 + (列数 - 1)

对于2位/像素应用，一个8位显存访问只能更新半个列的显存。如上所述，驱动芯片数在上电后由3线接口自动完成配置并存储在0x00寄存器。其中，有14位用来区分组合显存的哪一个字节。对于1位/像素的应用，开始的2位用来标识哪一层，其余12位用来定位256个MAX6960的2048个列中的哪一列。对于2位/像素应用，开始的1位用来标识哪一层，其余13位用来定位256个MAX6960的4096个半列中的哪一列。

MAX6960的4线接口只能识别8位、16位或24位传输命令，完成寄存器寻址访问。因此，在片选信号/CS有效期间，如果传输数据不是8位、16位或24位格式，数据都将被忽略。

间接访问寄存器的方法

使用8位传输命令间接访问显存时无需显存地址。在每片MAX6960中，都有两个全局显示屏间接地址寄存器(0x09和0x0A)。每个这样的寄存器都能跟踪同一个全局间接显存地址。上电时，这些寄存器地址的初始值都为0。在每个8位间接显存访问完成后，所有MAX6960寄存器值都加1。使用间接访问显存时，每片MAX6960会将这两个间接地址寄存器的值与自己芯片的地址进行比较，以确定显存是否需要更新。

用户也可以用24位传输命令直接访问组合显存中的某一个字节。24位中，第一个位表示写操作(0)还是读操作(1)；第二位无意义，可忽略；接下来的14位用来确定是显存中的哪个字节；而最后8位是数据字节。

16位传输命令用来访问MAX6960的16个寄存器。16位中，第一位表示写操作(0)还是读操作(1)；第二位用来确定是否激活地址自动增加功能；第三位标识寄存器访问是本地访问(0)还是全局访问(1)；第四位始终为0；随后四位确定要访问的是哪个寄存器；最后八位是数据字节。对本地寄存器访问，驱动芯片的地址被存储在全局驱动间接地址寄存器0x08。所有MAX6960的0x08寄存器在上电后默认为0，其值可通过16位传输命令更改。如果设置了第二位，这些0x08寄存器的值可在每个16位传输命令后同时自动增加。

如果上电时默认值不能满足显示屏尺寸、颜色和亮度的要求，所有的MAX6960都需进行初始化。对256个MAX6960，寄存器上电默认状态是单色、1位/像素、全屏显示、50%的面板亮度。

使用间接访问时，一次只能从左列像素至右列像素访问一个显示模块(8 × 8)的显存。然后，从左至右，逐个访问显示模块(8 × 8)，直到访问完该行最后一个MAX6960驱动的显示模块为止。依照同样方式，间接访问会从上至下、按照行扫描的顺序访问所有MAX6960驱动芯片。间接方法会先访问整个显示屏的红色显存部分，然后再访问绿色显存部分。地址为0x0E的全局驱动器件寄存器需要首先进行初始化，这样显示屏间接地址计数器才能够自复位至正确值。以上过程如图2和图3所示，其中，DAN代表显示模块的访问顺序数。每个显示模块需更新8字节的显存(8 × 8显示点阵对应1位/像素或4 × 8的显示点阵对应2位/像素)。需初始化的全局驱动器件寄存器的总数为系统中MAX6960的总数减去1。


图2. 单色、1位/像素、显存访问序列


图3. 双色、1位/像素、显存访问序列

同样，如果像素的分辨率是2位，那也需要初始化地址为0x0F的全局驱动行寄存器。这个初始化过程能够确保MAX6960的某一行能够在访问下一行之前被访问，如图4和图5所示。需要初始化的全局驱动行寄存器的总数为系统中MAX6960的总数减去1。


图4. 单色、2位/像素、显存访问序列


图5. 双色、2位/像素、显存访问序列

亮度控制寄存器

MAX6960有16个寄存器，可通过写这些寄存器完成各种操作。这些寄存器包括像素亮度比例(0x01)、面板亮度(0x02)、显示模块0的亮度(0x03)、显示模块1的亮度(0x04)、故障寄存器(0x05)和全局面板配置寄存器(0x0D)。每个亮度控制寄存器包含8位。

初始化全局驱动器件

以下列出了一些16位传输命令，用来初始化图1所示应用电路的全局驱动器件寄存器和全局驱动行寄存器。

0x0E, 0x01,   // Write to global driver devices register with two total devices.
0x0F, 0x01,   // Write to global driver rows register with two MAX6960s in a row. 

以下列出的8位和16位传输命令，用来点亮显示屏的边沿。显示屏由4个8 × 8显示模块构成一个8 × 32显示点阵，电路配置如图1所示。

0xFF,   // Light up the left edge.
0x81,   // Light up top and bottom pixels of the second column.
0x81,   // Light up top and bottom pixels of the third column.
...
0x81,   // Light up top and bottom pixels of the fourteenth column.
0x81,   // Light up top and bottom pixels of the fifteenth column.
0xFF,   // Light up the right edge.
0x0D, 0x31,  // Turn on the shutdown bit.