STLED316S：一款强大的LED控制器与驱动器

各位电子工程师们，今天要给大家详细介绍一款非常实用的LED控制器和驱动器——STLED316S。它在LED显示控制领域有着出色的表现，下面我们就来深入了解一下。

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一、产品概述

STLED316S是一款通过3线串行接口将微处理器与LED显示屏连接起来的紧凑型LED控制器和驱动器。它支持驱动共阳极配置的LED，在5.0V的电源电压下，能够驱动8段/6位配置的多达48个离散LED，还能驱动构成LED数字一部分的8个离散LED。而且，它可以对这些单个LED的亮度进行数字控制，通过单个外部电阻就能设置显示数字的最大段电流，还能单独寻址和更新各个数字，无需重写整个显示屏。此外，它还具备8x2按键矩阵的按键扫描功能，能自动扫描多达16个开关的矩阵，支持数字型显示，通过高度集成降低了整体物料清单（BOM）成本，并且提供大于4kV HBM的静电放电（ESD）保护。

二、产品特性

（一）强大的驱动能力

1. 输出配置：拥有14个输出（8段/6位），每个段的负载电流能力可达40mA，输出引脚可直接连接到LED，也可以是开漏输出。
2. 灵活驱动：不仅能驱动共阳极LED数字，还能使用单个LED数字输出（DIG1_LED）驱动多达8个离散LED，并且可以单独控制每个LED的亮度。

（二）低功耗设计

在待机模式下功耗极低，初始上电、未配置或未使用时，电流消耗可降至小于1mA，而且只要电源电压存在，配置的数据就能得以保留，恢复正常运行时端口配置和输出电平也会恢复。

（三）便捷的通信接口

采用3线串行总线接口（CLK、STB、DIN/DOUT），方便与微处理器进行通信。通过该接口可以写入配置和显示数据，在STB为低电平时，CLK的上升沿将DIN时钟输入到移位寄存器，下降沿将数据从设备传输到微控制器，8位数据会被解码以确定并执行命令。

（四）精细的亮度控制

具备8步调光电路，既能控制整个显示屏的亮度，也能控制单个LED数字中各个LED的亮度。

（五）出色的抗干扰能力

输入采用施密特触发器，具有卓越的抗噪声能力。

（六）可靠的保护电路

内置上电复位和软启动电路，上电复位电路能在电源开启时初始化数字逻辑，软启动电路可限制上电时的浪涌电流和高峰值电流。

（七）宽温度范围

工作温度范围为 -40°C 至 85°C，能适应多种不同的工作环境。

三、引脚说明

STLED316S采用SO - 24封装，各引脚功能如下：	引脚编号	符号	类型	名称和功能
1	DIN/DOUT	IN/OUT	在移位时钟下降沿输出串行数据，从低位开始；在移位时钟上升沿输入串行数据，从低位开始。
2	CLK	IN	在上升沿读取串行数据，下降沿输出数据。
3	STB	IN	在上升或下降沿初始化串行接口，使STLED316S等待接收命令。STB下降沿后输入的数据将作为命令处理，处理命令数据时，当前处理会停止，串行接口会被初始化。STB为高电平时，指令将被忽略。
4	IRQ_N	OUT	中断输出（低电平有效），有按键按下时中断MCU。
5	DIG1_LED	OUT	单个输出LED，与8个段一起使用，可驱动多达8个离散LED。
6 - 8	DIG2 - DIG4	OUT	数字输出引脚。
9	VCC	PWR	5.0V ± 10% 核心主电源电压，需通过一个0.1µF的电容尽可能靠近引脚旁路到GND。
10 - 12	DIG5 - DIG7	OUT	数字输出引脚。
13 - 16	SEG8/KS8 - SEG5/KS5	OUT	段输出引脚（兼具按键源功能）。
17	GND	PWR	连接到系统GND。
18 - 21	SEG4/KS4 - SEG1/KS1	OUT	段输出引脚（兼具按键源功能）。
22	KEY2	IN	按键2输入。外部键盘输入到这些引脚的数据在显示周期结束时锁存（最大键盘尺寸为8 x 2）。
23	KEY1	IN	按键1输入。外部键盘输入到这些引脚的数据在显示周期结束时锁存（最大键盘尺寸为8 x 2）。
24	ISET	IN	段电流设置。通过电阻连接到GND以设置峰值段电流。

四、功能描述

（一）低功耗模式

在初始上电、未配置或未使用时，STLED316S会进入低功耗模式，电流消耗小于1mA。只要电源电压存在，配置的数据就能保留，恢复正常运行时端口配置和输出电平会恢复。为了在关机模式下实现最小电源电流，逻辑输入应处于GND或VCC。

（二）串行接口

用于向STLED316S写入配置和显示数据。STB为低电平时，CLK的上升沿将DIN时钟输入到移位寄存器，下降沿将数据从设备传输到微控制器，8位数据会被解码以确定并执行命令。STB变低表示通信开始，DIN/DOUT引脚为双向引脚，数据在时钟的正脉冲期间进行验证。如果在完成数据字节写入设备之前STB信号变高，前面的数据位将被忽略，先前的配置保持不变。

（三）初始上电

初始上电时，所有控制寄存器复位，显示屏空白，STLED316S处于低功耗模式，所有输出处于高阻抗状态，DIN/DOUT由外部上拉电阻拉高。在使用显示屏之前，需要对显示驱动器进行配置。

（四）显示类型

支持共阳极LED面板的七段显示（带小数点），可以根据需要选择不同的显示位数和亮度控制方式。

（五）按键扫描

按键扫描电路可检测任何按键组合的按下情况，完整的按键扫描在数据手册的另一部分有详细说明，每个按键开关需要一个二极管。

（六）离散LED输出

可用于驱动多达8个离散LED，单个LED输出类似于数字驱动器输出，可与8个段输出连接以驱动不同的离散LED，能单独控制每个LED的亮度。

（七）上电复位和软启动

内置上电复位电路在电源开启时初始化数字逻辑，软启动电路通过延迟输入电路对外部施加电压的响应来限制上电时的浪涌电流和高峰值电流，上电时输入电阻较高，可降低浪涌电流。

（八）LED驱动器

每个输出段的恒流能力可达40mA，通过单个外部电阻为所有输出设置电流。作为数字驱动器时，输出为显示屏阳极提供电流；作为段驱动器时，LED输出从显示屏阴极吸收电流。未用作数字或段驱动器时，输出为高阻抗。适用于离散LED和共阳极（CA）数字LED数字，完全配置为LED驱动器时，可控制单个数字中的多达8个LED段，并提供8步对数亮度控制。

（九）中断

设备包含一个低电平有效IRQ_N引脚连接到微处理器，有按键按下时会产生中断。

（十）3.3V接口电压操作

只要满足STLED316S的VIL和VIH规格，设备就能检测来自主控制器芯片的参考电压为3.3V的输入电压电平。输入电压大于2.9V时，STLED316S会将信号电平识别为有效高电平；输入电压低于1.75V时，会识别为有效低电平。设备的输出信号（如DOUT和IRQ_N）的信号电平取决于外部上拉电阻连接的外部电源，因此无需在主控制器和STLED316S之间使用任何电平转换器。

五、电气特性

（一）最大额定值

符号	参数	值	单位
VCC	接地电源电压	-0.5 至 +7.0	V
VI	逻辑输入电压	-0.5 至 VCC + 0.5	V
PD	功耗（1）	1200	mW
TA	工作环境温度	-40 至 85	°C
TJ	结温	150	°C
TSTG	储存温度	-65 至 +150	°C
TL	引脚温度（10秒）	300	°C
VESD	所有引脚的静电放电电压（2）人体模型	-4 至 +4	kV

注：在TA = 25°C或更高温度时，以 -9.6mW/°C的速率降额；符合JEDEC标准。

（二）推荐工作条件

1. DC电气特性：在TA = -40至 +85°C，VCC = 5.0V ± 10%，GND = 0V的条件下，对逻辑电源电压、高低电平输入电压、输入电流、滞后电压、低电平输出电压、驱动器泄漏电流、段驱动LED吸收电流、数字驱动LED源电流、段驱动电流匹配、外部电流设置参考电阻等参数都有明确的范围要求。
2. 功耗估算：每个端口在5.0V电源电压下，可向具有4.4V正向电压降的LED吸收最大40mA的电流。当所有输出作为LED段驱动器以全电流运行时，STLED316S可吸收8 × 40 = 320mA的电流。在5.0V电源下，驱动8个具有4.4V正向电压降的LED以全电流运行时，STLED316S的功耗为(5.0V - 4.4V) × 320mA = 192mW。如果LED的正向电压小于4.4V，可通过添加串联电阻或增加RSET的值来降低功耗。效率可通过公式Efficiency = Vdiode × Idiode / VCC × ICC计算。
3. 电容：在TA = 25°C，f = 1MHz的条件下，输入电容最大为15pF。
4. 电源特性：在TA = -40至 +85°C的条件下，静态电源电流在VCC = 5.5V，所有输入为VCC或GND时，典型值为50µA，最大值为1000µA；工作电源电流（显示屏开启）在所有段开启、所有数字扫描、强度设置为满、内部振荡器、无显示屏负载连接时，典型值为10mA，最大值为15mA。
5. 动态开关特性：在TA = -40至 +85°C，VCC = 5.0V ± 10%，GND = 0.0V，典型值在25°C的条件下，内部振荡频率为400 - 600kHz，时钟（CLK）频率最大为1MHz，传播延迟等参数也有相应的范围。
6. 时序特性：在TA = -40至 +85°C，VCC = 5.0V ± 10%，GND = 0.0V，典型值在25°C的条件下，对时钟脉冲宽度、选通脉冲宽度、数据建立时间、数据保持时间、时钟 - 选通时间等参数都有明确的要求。
7. ESD性能：所有引脚的JEDEC标准（人体模型）ESD性能为 ± 4kV。

六、按键扫描与显示周期

（一）显示RAM

显示RAM存储通过串行接口从外部设备传输到STLED316S的数据。

（二）显示周期

1. 空白时间：在通道1/16和16/16时，整个网格关闭，即第一个通道和最后一个通道关闭，这称为空白时间。
2. 按键扫描时间：第一个周期为按键扫描时间，整个网格关闭，仅逐个启用段（seg0到seg7），段开启时间为64µs。
3. 离散LED时间：第二个周期检查内部LED缓冲区中的数据，如果有数据，则检查亮度控制寄存器中每个LED的亮度设置，然后根据寄存器值启用或禁用每个段。在此期间，网格1至6关闭，对应LED数字的网格开启，LED占空比为14/16。
4. 7段显示时间：第三个周期至第八个周期为7段显示时间，检查显示状态是否开启，如果开启，则从配置寄存器中检查网格的调光设置（可能是通用调光设置或每个数字的单独调光设置），最小开启时间为1/16，最大开启时间为14/16，在网格开启和关闭之前有32µs的空白时间，此过程将持续到寄存器中配置的最大数字数量。如果显示屏未开启，时序生成将立即进入按键扫描模式。

七、按键矩阵与数据存储

（一）按键矩阵

按键矩阵为8 x 2配置，在按键扫描周期中，所有网格关闭，第一个段开启时间为64µs，60µs后采样KEY1和KEY2信号，这两个信号锁存到内部按键缓冲区。

（二）数据比较与中断

按键缓冲区将数据与先前的按键状态进行比较，如果缓冲区值有任何变化，则IRQ_N被置位，IRQ_N信号为低电平有效，在读取按键缓冲区结束（字节传输结束）时清除。在清除IRQ_N之前，必须完全读取按键缓冲区。每个按键的数据存储方式如下，从最低有效位开始通过相应的读取命令读取：

• 第1字节：存储KEY1与各段对应的按键数据。
• 第2字节：存储KEY2与各段对应的按键数据。

初始按键缓冲区值为“00”，操作期间，缓冲区值会根据按键按下的值而变化。

八、命令说明

（一）写命令

第一个字节输入到STLED316S的DIN输入，在STB变低后被视为命令。命令格式如下：

• LSB 3 - 1：内存地址。
• MSB5和LSB4：内存库（页）地址。
• MSB 6：‘0’ 自动递增地址，‘1’ 固定地址。
• MSB 7：‘0’ 写命令，‘1’ 读命令。
• MSB 8：‘X’ 未使用。

后续字节可以是配置数据或显示数据。写命令期间，控制标志显示开启和自动递增地址会锁存到内部控制标志寄存器，显示开启控制寄存器的默认值为‘0’，表示显示屏关闭，用户必须开启显示屏才能查看显示内存。自动递增地址模式默认启用，用户若想从特定地址位置读取，可以固定地址指针。通过特定的命令组合可以实现显示屏的开启和关闭。

（二）读命令

命令格式与写命令类似，使用页0x01读取LED数据和按键数据。具体地址和功能如下：	地址	功能
00	LED数据（可选）
01	按键数据字节1
02	按键数据字节2

设置KEY1和KEY2的标志以确保从特定按键读取数据。读取内存中的按键数据时，IRQ_N会自动清除，表示第8位已正确传输。如果最后八个按键使IRQ_N置位，用户读取按键数据（仅读取第一个字节）时，IRQ_N将保持有效，直到读取第二个字节。用户使用读取按键读取LED和按键数据时，首先必须选择地址（默认地址位置为0x00），之后地址最多递增3个地址。

（三）设备配置

配置数据包括显示设置、调光设置、显示开/关和固定地址/自动递增。内存块分为两个页位置，一个用于7段亮度配置内存，另一个用于LED（离散）配置内存，配置内存地址从0x00到0x07，配置页地址为“10”和“11”。

1. 显示设置（最大数字数量）：通过在页0x10和地址0x00的LSB2到LSB0写入相应的值，可以选择不同的显示数字数量，如000表示1位8段，001表示2位8段等。
2. 调光设置（亮度级别）：通过在相应的地址位置（从0x00到0x03；页0x10和0x11）写入4位值，可以设置不同的亮度级别，如0000表示脉冲宽度为1/16，0001表示脉冲宽度为2/16等。

（四）显示内存

显示内存存储显示数据，显示屏开启时将数据发送到LED。地址指针、内存页和写信号指示写入数据的位置，该块会管理地址指针。用户写入第一个字节时，如果处于自动递增模式，地址会递增1，否则地址指针保持不变。初始地址在写/读命令期间锁存到地址指针。显示内存（7段/LED）直接映射到显示段，用户在读写模式下每次只能访问一个库。内存块分为4页，不同