VFD驱动芯片的工作原理及其应用

第25卷第3期
杭州电子科技大学学报VOI.25，NO.32005年6月JOurnaI Of HangzhOu Dianzi University Jun.2005
VFD 驱动芯片的工作原理及其应用
张显飞，胡建萍，吴红红
（杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州3l00l8）
收稿日期：2004-ll -30
作者简介：张显飞（l980-），男，安徽安庄人，在读研究生，电子设计自动化.
摘要：Lwl63l2是直接与微控制处理器进行连接的、
并具有键盘扫描和发光二极管驱动的真空荧光显示屏专用控制/驱动芯片。

该文详细介绍了它的驱动性能、设计原理、工作过程及时序特性，并
给出了Lwl63l2应用在空调领域的显示模块系统。

关键词：真空荧光显示屏；驱动芯片；显示模块
中图分类号：TN492文献标识码：A 文章编号：l00l -9l46（2005）03-0020-04
0引言
高亮度真空荧光显示屏（VFD ）是由日本人在l966年发明的一种自发光的平板显示器件，它以其悦目的光彩、高亮度的发光效率和寿命长等优点，取得了世人的瞩目。

其可以应用于汽车电子、商业电子、
家电产品和航空电子［l ］等。

据统计，在显示器件领域，VFD 占有了2%的市场份额。

但是，VFD 驱动电
路复杂，普通的单片机很难满足要求，需要合适的专用驱动芯片去解决这个问题。

本文所介绍的芯片就能很好的担当这个角色，它不仅实用、可靠、便宜，便于大量的使用，而且可以驱动发光二极管（LED ），是VFD 最理想的驱动芯片之一。

l 驱动性能
Lwl63l2采用了CMOS 工艺制造，
具有集成度高，静态功耗低，兼容性好等优点，并可直接与微控制处理器相连。

作为VFD 专用驱动芯片，本芯片优越的驱动性能得到了肯定。

首先，本芯片是可编程的专用芯片，可编程的范围包括多显示模式、亮度调整、4个数码管开/关的控制；
其次，本芯片的耐高压特性，段/位输出端能够承受并能向外提供高达60V 的电压，
能够满足VFD 的高压要求；另外，本芯片驱动能力很强，单个芯片可驱动最多达ll 段和ll 位到l6段和6位的VFD ；最后，本芯片还有很好的人机交互特性，可向用户提供4>6个按键信号和4个开关信号。

2设计原理
本芯片内部设计集成了8位串行MCU 接口电路、振荡电路、时序发生电路、复位电路、亮度调节电路、显示缓冲电路、键值缓冲电路及段/位输出驱动电路。

图l 为Lwl63l2设计原理框图。

其中，复位电路由计数器、6个电容、6个MOS 管和一个与非门组成，
工作原理为：上电后，电路被清零，输出端OUT 输出高电平。

清零信号在上电后l 个时钟周期内有效，这是因为在设计中改变了D 触发器MOS 管的大小，增大了D 触发器反馈信号的驱动能力。

清零信号变为无效后，计数器在时钟信号
CLK 的下降延开始计数，从l 开始，当计数器计到4时，复位完成，OUT 输出低电平。

本电路中，
计数器由3个D 触发器组成。

电容的作用也不能忽视，它可以有效防止各种干扰，保证复位的顺利完成。

计数
时钟周期为RC 振荡周期的两倍。

本芯片还有一个显著的特点是驱动部分设计采用了双扩散MOS （DMOS ）工艺［3］制造，这种工艺可以
承受较高的电压。

如果驱动部分全部采用CMOS 工艺，芯片只能承受IOV 左右的电压，很难满足VFD 的段/位电压的需要。

如图2所示为驱动部分的电路图，工作过程为：当输入端输入低电平（OV ）时，
PMOS 管截止，输出电压值为VEE （-28V ）；输入高电平（+5V ）时，PMOS 管子导通，
输出为VDD （+5V ）。

因此，驱动电路的输出电压为-28V 压为-28V 和+5V ，满足了VFD
的工作电压要求。

图I LwI63I2设计原理方框图图2驱动电路示意图
3管脚及其功能介绍
LwI63I2采用OFP 工艺技术封装，
有44个管脚，如表I 所示：表I LwI63I2引脚功能表
引脚
信号描述I -4
SwI -Sw4开关输入信号5
Dout N 沟道开漏输出，内部振荡器信号或Din 信号，下降延有效6
Din 数据输入信号，芯片可编程窗口，上升延有效8
CLOCK 时钟输入信号，串行读入数据时钟信号9
STROBE 选通输入信号，数据在低电平有效IO -I3
KEYI -KEY4键盘输入信号I5-26
SEGI -SEGII 段输出数据28-37
GRIDII -GRIDI 段/位输出数据39-42
LEDI -LED4LED 输出信号44
OSC 与电阻和电源串联接入电路中，构成可调振荡源I4，38
VDD 电源（+5V ）7，43
VSS 地27VEE 负电源（-28V ）
4工作过程及时序特性
MCU 对LwI63I2的访问是通过4条命令来执行的，
这4条命令分别为显示模式设置命令、数据设置命令、地址设置命令、显示控制命令。

MCU 每次对驱动电路的访问时间是在STB 信号的下降延开始，
STB 的上升延结束，
如图3所示，在CLK 信号的上升延读入数据，如图4所示。

一次访问只能传送一个命令字节或者一个命令字节加上多个数据字节，数据容量最多为22个字节。

这些数据通过管脚Dout 、
LED 输出口直接输出，
或者被存储到显示缓冲电路中，显示缓冲电路中输出的数据经过灵敏放大电路放大后，从段/位驱动电路输出。

键盘和开关信号也同样是通过改变MCU 的输出值来间接控制段/位输出值的。

图5为本芯片的功能仿真波形。

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图3从DIN
读入数据命令时序图
图4MCU 从Lwl63l2
读写时序图
图5Lwl63l2仿真波形
5应用实例
如图6所示为某一空调的显示模块系统，它是以本芯片为核心组成的集显示、键盘、开关输入和LED 输出于一体的空调显示模块系统。

图中VFD 是一个6个字符、l6段的VFD 平板显示屏，MCU 为5l
系列单片机［2］。

工作中，引脚6为Lwl63l2时钟信号，引脚5为选通信号，引脚7和引脚8分别为串行输入/输出引脚。

程序包括主控模块、MCU 的初始化模块、Lwl63l2的初始化模块、
键盘功能模块、显示模块等。

初始化后，等待键盘或开关命令。

不同的VFD 有不同的字库，对于每个用户来说需注意字库的区别。

22杭州电子科技大学学报2005年
图6Lwl63l2与VFD 组成的空调显示模块应用系统
6结束语
以Lwl63l2和VFD 显示屏组成的显示子系统具有集成度高、与微处理器等外部器件接口简单、易于移植等优点。

它仅通过3个信号和4条命令就可以实现对VFD 显示屏的控制。

内部集成的键盘扫描和LED 接口功能使其应用更加方便、实用，控制更加简单。

目前，此系统已用到某空调显示模块中。

参考文献
［l ］沈伟，阮世平.试论VFD 现状与发展趋势［J ］.真空电子技术，2000，（4）：36-37.
［2］吴炳胜，王桂梅.80CSl 单片机原理与应用［M ］.北京：冶金工业出版社，200l.7-S3.
［3］A D 埃文斯.场效应晶体管电路设计［M ］.北京：人民邮电出版社，l998.276-28l.
Principle and Application of VFD Controller and Driver Chip
ZHANG Xian-fei ，HU Jian-ping ，WU Hong-hong
（School of Electronics &information ，Hangzhou Dianzi Uniuersity ，Hangzhou ，Zhejiang 3l00l8，China ）
Abstract ：Lwl63l2is a vacuum fluorescent display ASIC.The chip can be linked directly with microprogrammed control unit ，it also has keyboard -scanning and driving light -emitting diodes functions.On this paper we have described its driving ability ，design principle ，working process and timing character.At last ，the paper shows an air -condition VFD display module system.
Key words ：vacuum fluorescent display ；driving chip ；display module 3
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