Недавно мне понадобилось управлять девятью семисегментными дисплеями через последовательный порт микроконтроллера. Сложность, с которой я столкнулся, заключалась в необходимости обеспечить непрерывную регулировку яркости для всех цифр – от полного затемнения до максимального уровня. Просто использовать очевидное решение, взяв преобразователь последовательного кода в параллельный 74HC595, управляющий сегментами через последовательные резисторы, я не мог, поскольку при этом потребовался бы управляемый источник питания для дисплеев – подход неэлегантный и неэффективный. Я рассматривал возможность программного управления коэффициентом заполнения управляющего сигнала дисплеев, но, как давний специалист по аналоговым схемам, я чувствовал себя обязанным найти способ, который не требовал бы написания дополнительного кода. Кроме того, я израсходовал все порты ввода-вывода своего микроконтроллера, поэтому программное решение повлекло бы замену процессоров. Allegro Microsystems предлагает несколько компонентов для управления дисплеями с общим анодом. Каждый из них содержит последовательной интерфейс данных и встроенный контур управления, который устанавливает равные токи для всех включенных сегментов, используя единственный резистор, подключенный к земле. Я выбрал микросхемы Allegro A6275E (Рисунок 1), образующие идеальный комплект с каждой цифрой дисплея. Теперь я должен был одновременно менять сопротивления девяти резисторов.
 | ||
| Рисунок 1. | Аналоговый контур управления обеспечивает регулируемый «земляной» узел для управления током, протекающим через резисторы, задающие токи сегментов. | |
Конечно же, я обманул. Вместо того чтобы изменять сопротивления резисторов, я сместил их кажущуюся точку заземления с помощью простой аналоговой схемы управления, состоящей из сдвоенного операционного усилителя, мощного MOSFET и нескольких пассивных компонентов. IC1A буферизует выход внутреннего источника опорного напряжения 1.23 В микросхемы A6275, чтобы исключить влияние потенциометра R4, на который подается это напряжение, на токи сегментов «ведущего» A6275. IC1B управляет затвором транзистора Q1, поддерживая напряжение на его стоке равным напряжению на движке потенциометра. Благодаря этому напряжение на резисторе 909 Ом изменяется между уровнями земли (почти) и опорного напряжения, обеспечивает плавную регулировку интенсивности от максимума (20 мА для резистора 909 Ом) до нуля. Небольшой разброс опорных напряжений A6275 и сопротивлений резисторов 909 Ом приводит к некоторым вариациям яркости между цифрами, но в моем приложении эти вариации были незаметны.
Следует отметить один важный момент, касающийся включения IC1B: обратная связь от стока Q1 идет на неинвертирующий вход микросхемы. MOSFET добавляет инверсию внутри основного контура регулирования, поэтому использование неинвертирующего входа операционного усилителя в качестве точки подключения обратной связи образует общую отрицательную обратную связь. C1 и R3 формируют доминирующий полюс в цепи обратной связи, а R2 изолирует емкость затвора Q1, чтобы исключить самовозбуждение IC1B. Allegro предостерегает от использования чрезмерной емкости на выводе опорного напряжения A6275, поэтому я изолировал эту точку от конденсатора резистором R5. Операционный усилитель IC1 должен иметь rail-to-rail выход, его вход должен позволять работать при напряжении отрицательной шины питания, а общее напряжение между шинами питания должно составлять 5 В. Транзистор Q1 должен иметь низкое сопротивление открытого канала при напряжении затвора 5 В. Использование STP30NE06L от ST Microelectronics с сопротивлением 0.045 Ом, вероятно, было излишним, но его цена была меньше 1 доллара. Выбор остальных компонентов некритичен. Вы можете поэкспериментировать с разными законами изменения сопротивления потенциометра; в моем случае аудио потенциометр (с показательной характеристикой) давал приятные «ощущения» при регулировке яркости.