HCMS - 29xx系列高性能CMOS 5×7字符显示器深度解析

HCMS - 29xx系列高性能CMOS 5×7字符显示器深度解析

在硬件设计领域，显示器是非常重要的组成部分，它能够直观地展示系统的运行状态、数据信息等。今天我们要深入探讨的是Avago TECHNOLOGIES的HCMS - 29xx系列高性能CMOS 5×7字符显示器，看看它有哪些独特的特性和应用场景。

文件下载：HCMS-2965.pdf

一、产品概述

HCMS - 29xx系列是由板载CMOS IC驱动的高性能、易于使用的点阵显示器。它具有以下几个显著的特点：

• 接口简单：每个显示器可以直接与微处理器接口，无需繁琐的接口组件，大大简化了设计过程。其串行IC接口允许使用最少的数据线路来实现更高字符数的信息显示。
• 多样选择：提供多种颜色（深红、高效红、橙色、黄色、绿色）、字体高度（0.15”和0.20”）和字符数量（4、8和16个字符）的组合，为设计师在不同应用中提供了广泛的产品选择。
• 可堆叠设计：该显示器可以在x和y方向上堆叠，非常适合高字符数显示的应用需求。同时，它采用易于阅读的5×7像素格式，能够显示大写、小写、片假名和自定义字符。

二、产品特性剖析

1. 使用便捷性：直接与微处理器接口，无需额外的复杂组件，降低了设计难度和成本。无论是新手工程师还是经验丰富的专业人士，都能快速上手。
2. 字符规格多样：提供了不同字符高度和数量的封装，如0.15”字符高度有4、8和16（2×8）字符封装，0.20”字符高度有4和8字符封装，满足了各种不同场景下的显示需求。
3. 坚固可堆叠：采用坚固的X和Y可堆叠封装，方便在需要高字符数显示时进行扩展。通过简单的堆叠操作，就能实现更大规模的显示布局。
4. 串行输入：串行输入方式减少了数据线路的数量，降低了布线的复杂度，提高了系统的可靠性。
5. 亮度控制方便：提供了便捷的亮度控制功能，设计师可以根据实际应用场景调整显示亮度，以达到最佳的显示效果。
6. 焊接兼容性好：支持波峰焊接，便于大规模生产和组装。
7. 低功耗与兼容性：采用低功耗CMOS技术，符合TTL逻辑电平，既节省了能源，又能方便地与其他TTL设备集成。

三、应用领域广泛

HCMS - 29xx系列显示器在众多领域都有广泛的应用，包括：

• 电信设备：如交换机、路由器等，用于显示设备状态、信号强度等信息。
• 便携式数据输入设备：如手持终端、数据采集器等，方便用户查看输入信息和设备反馈。
• 计算机外设：如打印机、扫描仪等，显示操作提示、工作状态等内容。
• 医疗设备：如血压计、血糖仪等，为医护人员和患者提供准确的测量数据。
• 测试设备：各种电子测试仪器，用于显示测试结果和参数设置。
• 商用机器：如POS机、ATM机等，为用户提供交互信息和操作指引。
• 航空电子设备：在飞机的仪表盘、控制系统等中，提供重要的飞行参数和状态显示。
• 工业控制：如PLC、工业机器人等，监控设备运行状态和控制参数。

四、设备选型指南

该系列产品在不同颜色、字符高度和数量的组合下，有多种型号可供选择。具体的选型可以参考以下表格：	描述	深红	高效红	橙色	黄色	绿色	封装图纸
1 × 4 0.15”字符	HCMS - 2905	HCMS - 2902	HCMS - 2904	HCMS - 2901	HCMS - 2903	A
1 × 8 0.15”字符	HCMS - 2915	HCMS - 2912	HCMS - 2914	HCMS - 2911	HCMS - 2913	B
2 × 8 0.15”字符	HCMS - 2925	HCMS - 2922	HCMS - 2924	HCMS - 2921	HCMS - 2923	C
1 × 4 0.20”字符	HCMS - 2965	HCMS - 2962	HCMS - 2964	HCMS - 2961	HCMS - 2963	D
1 × 8 0.20”字符	HCMS - 2975	HCMS - 2972	HCMS - 2974	HCMS - 2971	HCMS - 2973	E

在选型时，我们需要根据实际应用场景，综合考虑颜色、字符高度、数量以及封装形式等因素。比如，如果是在室内低光照环境下使用，黄色或绿色的显示器可能会有更好的显示效果；而对于需要显示大量信息的场景，就可以选择字符数量较多的型号。

五、电气参数与注意事项

1. 绝对最大额定值
   • 逻辑电源电压（VLOGIC到GN DLOGIC）： - 0.3 V至7.0 V
   • LED电源电压（VLED到GN DLED）： - 0.3 V至5.5 V
   • 输入电压（任何引脚到地）： - 0.3 V至VLOGIC + 0.3 V
   • 自由空气工作温度范围TA： - 40 °C至 + 85 °C
   • 相对湿度（非冷凝）：85%
   • 存储温度TS： - 55 °C至100 °C
   • 焊接温度：波峰焊接为250 °C，持续3秒；浸焊为260 °C，持续5秒
   • ESD保护（每个引脚在1.5 kΩ，100 pF）：Class 1，0 - 1999 V
   • 总封装功率耗散（TA = 25 °C）：4字符为1.2 W，8字符为2.4 W，16字符为4.8 W

在设计过程中，我们必须严格遵守这些绝对最大额定值，避免因超过额定值而导致设备损坏。比如，在高温环境下使用时，要根据温度和功率的关系，合理调整设备的工作状态，防止过热损坏。

2. 推荐工作条件 在 - 40 °C至 + 85 °C的温度范围内，推荐的工作条件如下：

   • 逻辑电源电压VLOGIC：3.0 V至5.5 V，典型值为5.0 V
   • LED电源电压VLED：4.0 V至5.5 V，典型值为5.0 V
   • GN DLED到GN DLOGIC： - 0.3 V至 + 0.3 V

3. ESD防护 由于该系列产品采用CMOS技术，对静电非常敏感，因此在使用过程中必须采取标准的CMOS处理预防措施，以避免静电放电对设备造成损坏。例如，在存储时应将设备放在防静电管或导电材料中；在组装过程中，使用接地的导电工作区域，操作人员佩戴导电腕带，避免穿着容易产生静电的合成材料实验服。同时，为防止输入电流闩锁和ESD损坏，未使用的输入引脚应连接到地或VLOGIC，并且在施加VLOGIC之前，不要对输入引脚施加电压。

六、显示原理与控制

1. 显示架构 HCMS - 29xx系列显示器由板载CMOS IC驱动，LED被配置为5×7字体字符，每个IC驱动4个字符组。每个IC包含一个160位的移位寄存器（点寄存器）、两个7位的控制字和刷新电路。点寄存器的内容与显示屏一一对应，即单个点寄存器位唯一控制一个LED。 对于8字符显示器，有两个IC级联，第一个IC的Data Out线内部连接到第二个IC的Data In线，形成一个320位的点寄存器。而在16字符显示器中，每行作为一个独立的8字符显示器，有自己的320位点寄存器。
2. 复位操作 复位操作会初始化控制寄存器（将所有控制寄存器位设置为逻辑低），并将显示器置于睡眠模式。复位引脚应连接到系统上电复位电路。需要注意的是，上电或复位时，点寄存器不会被清除，上电后点寄存器的内容是随机的，但复位会使显示器进入睡眠模式，从而使LED熄灭。要在复位后操作显示器，首先将点寄存器加载为逻辑低，然后将控制字0加载所需的亮度级别，并将睡眠模式位设置为逻辑高。
3. 点寄存器操作 点寄存器用于存储要由LED显示的图案。数据按照特定的程序加载到点寄存器中：首先将RS置低，然后将CE置低，接着每个连续的CLK上升沿会将D_IN引脚的数据移位输入。加载逻辑高会点亮对应的LED，逻辑低则熄灭LED。当所有位（4字符显示器为160位，8字符显示器为320位）加载完成后，将CE置为逻辑高。当CLK下次置为逻辑低时，新数据将被锁存到显示点驱动中。这种加载方式可以在显示上一数据的同时加载新数据，无需在加载数据时熄灭显示器。
4. 控制寄存器操作 控制寄存器允许通过软件修改IC的操作，它由两个独立的7位控制字组成。移位寄存器中的D_7位选择两个7位控制字之一。
   • 控制字0：用于执行脉宽调制亮度控制、峰值像素电流亮度控制和睡眠模式选择。其中，D_0 - D_3位通过脉宽调制LED的导通时间来调整显示亮度，D_4 - D_5位通过改变峰值像素电流来调整亮度，D_6位选择正常操作或睡眠模式。在睡眠模式下（D_6 = Low），内部显示振荡器和LED像素驱动器会关闭，此时电流消耗几乎为零，点寄存器和控制字中的数据会被保留。
   • 控制字1：用于设置串行/同时数据输出模式和外部振荡器预分频器。D_0位用于在控制寄存器写入期间将DOUT的模式在串行和同时数据输入之间切换，默认模式（逻辑低）为串行模式；将D_0位设置为逻辑高会将DOUT更改为同时模式，这种模式仅影响控制寄存器，允许多个IC的控制寄存器同时写入。D_1位用于缩放外部显示振荡器的频率，当该位为逻辑低时，外部显示振荡器直接设置内部显示时钟速率；当该位为逻辑高时，外部振荡器除以8，此缩放后的频率设置内部显示时钟速率。D_2 - D_6位必须始终编程为逻辑低。

七、多显示器级联与同步

在需要显示较长字符串的系统中，可以通过级联多个显示器来实现。具体做法是创建一个由CE、RS、BL、Reset和CLK组成的五线总线，将每个显示器的相应引脚连接到总线上。然后将DIN连接到最右侧的显示器，该显示器的DOUT连接到下一个显示器，最左侧的显示器从其右侧显示器的DOUT接收DIN，最左侧显示器的DOUT不使用。 每个显示器可以设置为使用其内部振荡器，也可以通过将一个显示器设置为主显示器，其他显示器设置为从显示器来实现同步。从显示器从主显示器的振荡器输出接收其振荡器输入。

八、总结

HCMS - 29xx系列高性能CMOS 5×7字符显示器以其简单的接口、多样的选择、可堆叠设计等特点，在众多领域都有广泛的应用前景。在设计过程中，我们需要根据实际应用场景合理选择设备型号，严格遵守电气参数和注意事项，正确操作复位、点寄存器和控制寄存器等，以确保显示器的正常工作和最佳性能。同时，如果需要显示较长字符串，可以通过级联多个显示器并实现同步来满足需求。

你在使用HCMS - 29xx系列显示器时遇到过哪些问题呢？或者你对它还有哪些方面的疑问，欢迎在评论区留言讨论。