アプリケーションノート 3210

クイックスタート:MAX6954を使って7セグメントディスプレイを駆動


要約: このアーティクルは、MAX6954を使用して7セグメントのモノカラーLEDを駆動することを検討している技術者が迅速に学ぶことを目的に作られたガイドブックです。

MAX6954は汎用のディスプレイドライバであり、シリアルインタフェースを通して、個別の7セグメント、14セグメント、および16セグメントLEDディスプレイを混在して駆動することができます。このアプリケーションノートでは、MAX6954を用いて16個のモノカラー、7セグメンントのLEDを駆動するための標準的なアプリケーションと構成を示します。

MAX6954の機能の詳細についてはMAX6954のデータシートをご覧ください。

クイックスタート:MAX6954を使って16セグメントディスプレイを駆動する」および「クイックスタート:MAX6954を使って14セグメントディスプレイを駆動」は、MAX6954を16セグメントおよび14セグメントのアプリケーションを構成することを述べた同様のアプリケーションノートです。

図1. MAX6954の7セグメントアプリケーション回路
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図1. MAX6954の7セグメントアプリケーション回路

MAX6954の標準的なアプリケーションの一例は、最大16個の7セグメントモノカラーLEDの駆動です。このアプリケーションノートでは、MAX6954を7セグメントディスプレイに接続し、内蔵の16進フォントマップを使ってディスプレイを制御するための内部レジスタを構成するプロセスを、ユーザに解説します。

MAX6954はマルチプレクス技術を使用します。これは使用するポートのピン数を少なくして、これを交互にカソードとアノードドライバとして使うものです。これはアノード用とカソード用に別のドライバを用いる標準的なLEDマルチプレクス接続とは異なります。この技術は「Charlieplexing - Reduced Pin-Count LED Display Multiplexing」にて説明されています。表1はMAX6954マルチプレクス方式に対応した7セグメントの各桁の接続方法と内蔵の16進のフォントマップを示しています。表1における文字は図2に示したセグメントラベルに対応しています。図1はMAX6954に対する16桁の7セグメントのアプリケーションを図示しています。

表1. 16個の7セグメント桁の接続方式
Digit O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 O9 O10 O11 O12 O13 O14 O15 O16 O17 O18
0,
0a
CC0 -- 1a -- 1b 1c 1d 1dp 1e 1f 1g 2a 2b 2c 2d 2e 2f 2g 2dp
1,
1a
-- CC1 1a -- 1b 1c 1d 1dp 1e 1f 1g 2a 2b 2c 2d 2e 2f 2g 2dp
2,
2a
1a -- CC2 -- 1b 1c 1d 1dp 1e 1f 1g 2a 2b 2c 2d 2e 2f 2g 2dp
3,
3a
1a -- -- CC3 1b 1c 1d 1dp 1e 1f 1g 2a 2b 2c 2d 2e 2f 2g 2dp
4,
4a
1a -- 1b 1c CC4 -- 1d 1dp 1e 1f 1g 2a 2b 2c 2d 2e 2f 2g 2dp
5,
5a
1a -- 1b 1c -- CC5 1d 1dp 1e 1f 1g 2a 2b 2c 2d 2e 2f 2g 2dp
6,
6a
1a -- 1b 1c 1d 1dp CC6 -- 1e 1f 1g 2a 2b 2c 2d 2e 2f 2g 2dp
7,
7a
1a -- 1b 1c 1d 1dp -- CC7 1e 1f 1g 2a 2b 2c 2d 2e 2f 2g 2dp

MAX6954を7セグメントのディスプレイに接続した後、接続を確認するためにディスプレイのテストモードを使うことができます。ディスプレイのテストモードはすべての制御用レジスタと桁レジスタに優先して、しかしその内容を変更することなく、すべてのセグメントをオンとします。0x01をレジスタ0x07に書き込むことによってディスプレイテストモードをイネーブルとしてください。ディスプレイテストモードでセグメントが点灯しない場合は、接続に問題があるため調べる必要があります。0x00をレジスタ0x07に書き込むとディスプレイテストモードを解除します。

図2. 7セグメントディスプレイのためのセグメントラベリング
図2. 7セグメントディスプレイのためのセグメントラベリング

MAX6954と7セグメントディスプレイ間の接続確認が終わった後、デバイスは7セグメントディスプレイとして動作するように構成しなければなりません。表2はMAX6954の重要なレジスタの電源投入時の初期状態リストです。電源がMAX6954に最初に印加されたとき、デバイスはシャットダウンモードとなっており、すべての桁は消灯(ブランク)であり、7セグメントのフォントマップが選択されてデバイスは最大桁をスキャンするようにセットされています。Decode Mode (0x01)およびDigit Type (0x0C)レジスタのデフォルト設定値は7セグメントにとって、正しい設定となっています。

表2. MAX6954の電源投入時のレジスタ初期状態
REGISTER POWER-UP CONDITION ADDRESS
(HEX)
REGISTER DATA
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
Decode Mode 7-segment font enabled 0x01 1 1 1 1 1 1 1 1
Global Intensity 1/16 (minimum intensity) 0x02 X X X X 0 0 0 0
Scan Limit Display sixteen 7-segment digits: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 0a, 1a, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a 0x03 X X X X X 1 1 1
Control Register Shutdown enabled, blink disabled, blink speed is slow 0x04 0 0 X X 0 0 0 0
Display Test Normal operation (display test disabled) 0x07 X X X X X X X 0
Digit Type Digits 0 through 7 are 7 segment digits 0x0C 0 0 0 0 0 0 0 0
Intensity10 1/16 (min on), digits 1 and 0 0x10 0 0 0 0 0 0 0 0
Intensity32 1/16 (min on), digits 3 and 2 0x11 0 0 0 0 0 0 0 0
Intensity54 1/16 (min on), digits 5 and 4 0x12 0 0 0 0 0 0 0 0
Intensity76 1/16 (min on), digits 7 and 6 0x13 0 0 0 0 0 0 0 0
Intensity10a 1/16 (min on), digits 1a and 0a 0x14 0 0 0 0 0 0 0 0
Intensity32a 1/16 (min on), digits 3a and 2a 0x15 0 0 0 0 0 0 0 0
Intensity54a 1/16 (min on), digits 5a and 4a 0x16 0 0 0 0 0 0 0 0
Intensity76a 1/16 (min on), digits 7a and 6a 0x17 0 0 0 0 0 0 0 0
Digit 0 Blank digit, both planes 0x60 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 1 Blank digit, both planes 0x61 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 2 Blank digit, both planes 0x62 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 3 Blank digit, both planes 0x63 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 4 Blank digit, both planes 0x64 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 5 Blank digit, both planes 0x65 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 6 Blank digit, both planes 0x66 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 7 Blank digit, both planes 0x67 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 0a Blank digit, both planes 0x68 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 1a Blank digit, both planes 0x69 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 2a Blank digit, both planes 0x6A 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 3a Blank digit, both planes 0x6B 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 4a Blank digit, both planes 0x6C 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 5a Blank digit, both planes 0x6D 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 6a Blank digit, both planes 0x6E 0 0 1 0 0 0 0 0
Digit 7a Blank digit, both planes 0x6F 0 0 1 0 0 0 0 0

コンフィギュレーションレジスタ(0x01)はシャットダウンの設定、ブリンク機能の制御、すべての桁のデータクリア、全体または桁ごとの輝度制御の選択を行うために使われます。コンフィギュレーションレジスタは7ビットで構成されています(表3):
  • Sビットはシャットダウンまたは通常動作を選択します(リード/ライト可能)。
  • Bビットはブリンク速度を選択します(リード/ライト可能)。
  • Eビットは全桁のブリンク機能を許可/禁止としてイネーブルまたは(リード/ライト可能)。
  • Tビットはブリンクタイミングをリセット(過渡ビットであり、記憶されません)。
  • Rビットによってすべての桁のP0とP1の両面の桁データをクリア(過渡ビットであり、記憶されません)。
  • Iビットは全体または桁ごとの輝度を選択(リード/ライト可能)。
  • Pビットは現在のブリンクタイミング位相を反映(リード専用、このビットへのライトは無視されます)。
表3. コンフィギュレーションレジスタのフォーマット
CONFIGURATION
REGISTER
DATA BIT
DATA BIT LABEL STATE FUNCTION
D7 P 0 P1 Blink Phase
D6 I 0 Intensity for all digits is controlled by one setting in the Global Intensity Register
1 Intensity for digits is controlled by the individual settings in the Intensity10 through Intensity76a registers.
D5 R 0 Digit data for both planes P0 and P1 are unaffected
1 Digit data for both planes P0 and P1 are cleared on the rising edge of active-low CS
D4 T 0 Blink timing counters are unaffected.
1 Blink timing counters are reset on the rising edge of active-low CS.
D3 E 0 Blink function disabled
1 Blink function enabled
D2 B 0 Slow Blinking. Segments blink on for 1s, off for 1s with fOSC = 4MHz.
1 Fast Blinking. Segments blink on for 0.5s, off for 0.5s with fOSC = 4MHz.
D1 X X Don't care
D0 S 0 Shutdown
1 Normal Operation

レジスタ0x04に0x01を書き込むことによってブリンクさせるのではなく、全体の輝度制御をディスプレイドライバに許可してください。MAX6954がシャットダウンから抜け出して内蔵の発振器が給電されると、OSC_OUT発振器出力が有効になります。このとき、まだ、7セグメントディスプレイは消灯のままです。それは桁制御レジスタ0x60~0x6Fの電源投入時の状態は0x20、または点灯セグメントなしの状態だからです(表2と図3を参照してください)。

図3. 7セグメントディスプレイのフォントマップ
図3. 7セグメントディスプレイのフォントマップ

MAX6954は7セグメントディスプレイ用の16進フォントマップを持っています。文字は標準のASCIIフォントに従います。7ビットが16進フォントマップを表現するために使われ、8番目のビットは少数点(DP)を点灯させるかどうかを選択します(表4)。桁レジスタは2つの面、P0とP1が実装されています。各桁は2バイトのメモリで表現され、1バイトがP0面にそしてもう1バイトがP1面にあります(表7を参照)。桁レジスタは桁データがP0面(レジスタ0x20~0x2F)、P1面(レジスタ0x40~0x4F)、または両面(レジスタ0x60~0x6F)同時に更新することができるようにマッピングされています。桁レジスタの中のデータは、7セグメントディスプレイの場合は桁セグメントを直接制御せず、7セグメントのフォント用のデータを格納する文字ジェネレータ器のアドレス指定のために使用されます(図3)。桁データの下位7ビット(D6~D0)は、フォントから文字データを選択します。このレジスタデータの最上位ビット(D7)は桁のDPセグメントを制御します;1の設定でDP点灯、0で消灯します。

表4. 桁タイプデータレジスタのフォーマット
MODE ADDRESS CODE (HEX) REGISTER DATA
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
7-segment mode, writing digit data to use font map data with decimal place unlit 0x20 to 0x2F
0x40 to 0x4F
0x60 to 0x6F
0 Bits D6 to D0 select font character
7-segment mode, writing digit data to use font map data with decimal place lit 0x20 to 0x2F
0x40 to 0x4F
0x60 to 0x6F
1 Bits D6 to D0 select font character

コンフィギュレーションレジスタのブリンクイネーブルビットE (表3)によってブリンク機能がディセーブルされている場合、P0面の桁レジスタデータはディスプレイをマルチプレクスするために使われます。P1にある桁レジスタデータは使われません。ブリンク機能がイネーブルとされている場合、P0面とP1面の両方の桁レジスタデータはディスプレイをマルチプレクスするために交互に使われます。ブリンキングはデータP0面とP1面のデータを用いてLEDディスプレイをマルチプレクスすることによって行われます。

例として、MAX6954を用いて、Maxim/Dallas Directの電話番号:1 800 629 4642 begin_of_the_skype_highlighting 1 800 629 4642 end_of_the_skype_highlightingを表示して見ましょう。コンフィギュレーションレジスタをプログラムしたとき、ブリンク機能をディセーブルとしたので、データは桁0から桁7aを制御するために0x20~0x2Fレジスタに書き込むことができます。図3のフォントマップを用いて各文字と等価なコードを決定します。

表5. Call 800.629. 4642の例
REGISTER ADDRESS (HEX) DIGIT CHARACTER FONT MAP EQUIVALENT CODE
DECIMAL HEX
0x20 0 C 0000 1100 0x0C
0x28 0a A 0000 1001 0x0A
0x21 1 1 0000 0001 0x01
0x29 1a 1 0000 0001 0x01
0x23 3 8 0000 1000 0x08
0x2B 3a 0 0000 0000 0x00
0x24 4 0 1000 0000 0x80
0x2C 4a 6 0000 0110 0x06
0x25 5 2 0000 0010 0x02
0x2D 5a 9 1000 1001 0x89
0x26 6 4 0000 0100 0x04
0x2E 6a 6 0000 0110 0x06
0x27 7 4 0000 0100 0x04
0x2F 7a 2 0000 0010 0x02

全体の輝度制御レジスタであるレジスタ0x02に書き込むことによってディスプレイの輝度を調整してください。輝度は0x00 (最小オン、1/16の電流)と0xFF (最大オン、15/16の電流)の間で調整することができます。ディスプレイの明るさのディジタル制御は、また、各桁を個別に管理することができます。桁の明るさの調整およびその他のGPIOやKey-Scanのような高度な機能についてはMAX6954のデータシートを参照してください。

表6. クイックスタート例のコマンドサマリ
REGISTER
(HEX)
COMMAND
(HEX)
FUNCTION
0x07 0x01 Enter display test mode
0x07 0x00 Exit display test mode
0x04 0x01 Exit shutdown mode, disable blinking and select global intensity control
0x20 0x0C Write "C" to digit 0
0x28 0x0A Write "A" to digit 0a
0x21 0x01 Write "1" to digit 1
0x29 0x01 Write "1" to digit 1a
0x23 0x08 Write "8" to digit 3
0x2B 0x00 Write "0" to digit 3a
0x24 0x80 Write "0." to digit 4
0x2C 0x06 Write "6" to digit 4a
0x25 0x02 Write "2" to digit 5
0x2D 0x89 Write "9." to digit 5a
0x26 0x04 Write "4" to digit 6
0x2E 0x06 Write "6" to digit 6a
0x27 0x04 Write "4" to digit 7
0x2F 0x02 Write "2" to digit 7a
0x02 0xFF Set global intensity to full-scale

表7. MAX6954/MAX6955レジスタアドレスマップの抜粋
REGISTER ADDRESS (COMMAND BYTE) ADDRESS
(HEX CODE)
D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8
Decode Mode R/active-low W 0 0 0 0 0 0 1 0x01
Global Intensity R/active-low W 0 0 0 0 0 1 0 0x02
Scan Limit R/active-low W 0 0 0 0 0 1 1 0x03
Configuration R/active-low W 0 0 0 0 1 0 0 0x04
Display Test R/active-low W 0 0 0 0 1 1 1 0x07
Digit Type R/active-low W 0 0 0 1 1 0 0 0x0C
Intensity 10 R/active-low W 0 0 1 0 0 0 0 0x10
Intensity 32 R/active-low W 0 0 1 0 0 0 1 0x11
Intensity 54 R/active-low W 0 0 1 0 0 1 0 0x12
Intensity 76 R/active-low W 0 0 1 0 0 1 1 0x13
Intensity 10a R/active-low W 0 0 1 0 1 0 0 0x14
Intensity 32a R/active-low W 0 0 1 0 1 0 1 0x15
Intensity 54a R/active-low W 0 0 1 0 1 1 0 0x16
Intensity 76a R/active-low W 0 0 1 0 1 1 1 0x17
Digit 0 Plane P0 R/active-low W 0 1 0 0 0 0 0 0x20
Digit 1 Plane P0 R/active-low W 0 1 0 0 0 0 1 0x21
Digit 2 Plane P0 R/active-low W 0 1 0 0 0 1 0 0x22
Digit 3 Plane P0 R/active-low W 0 1 0 0 0 1 1 0x23
Digit 4 Plane P0 R/active-low W 0 1 0 0 1 0 0 0x24
Digit 5 Plane P0 R/active-low W 0 1 0 0 1 0 1 0x25
Digit 6 Plane P0 R/active-low W 0 1 0 0 1 1 0 0x26
Digit 7 Plane P0 R/active-low W 0 1 0 0 1 1 1 0x27
Digit 0a Plane P0 R/active-low W 0 1 0 1 0 0 0 0x28
Digit 1a Plane P0 R/active-low W 0 1 0 1 0 0 1 0x29
Digit 2a Plane P0 R/active-low W 0 1 0 1 0 1 0 0x2A
Digit 3a Plane P0 R/active-low W 0 1 0 1 0 1 1 0x2B
Digit 4a Plane P0 R/active-low W 0 1 0 1 1 0 0 0x2C
Digit 5a Plane P0 R/active-low W 0 1 0 1 1 0 1 0x2D
Digit 6a Plane P0 R/active-low W 0 1 0 1 1 1 0 0x2E
Digit 7a Plane P0 R/active-low W 0 1 0 1 1 1 1 0x2F
Digit 0 Plane P1 R/active-low W 1 0 0 0 0 0 0 0x40
Digit 1 Plane P1 R/active-low W 1 0 0 0 0 0 1 0x41
Digit 2 Plane P1 R/active-low W 1 0 0 0 0 1 0 0x42
Digit 3 Plane P1 R/active-low W 1 0 0 0 0 1 1 0x43
Digit 4 Plane P1 R/active-low W 1 0 0 0 1 0 0 0x44
Digit 5 Plane P1 R/active-low W 1 0 0 0 1 0 1 0x45
Digit 6 Plane P1 R/active-low W 1 0 0 0 1 1 0 0x46
Digit 7 Plane P1 R/active-low W 1 0 0 0 1 1 1 0x47
Digit 0a Plane P1 R/active-low W 1 0 0 1 0 0 0 0x48
Digit 1a Plane P1 R/active-low W 1 0 0 1 0 0 1 0x49
Digit 2a Plane P1 R/active-low W 1 0 0 1 0 1 0 0x4A
Digit 3a Plane P1 R/active-low W 1 0 0 1 0 1 1 0x4B
Digit 4a Plane P1 R/active-low W 1 0 0 1 1 0 0 0x4C
Digit 5a Plane P1 R/active-low W 1 0 0 1 1 0 1 04D
Digit 6a Plane P1 R/active-low W 1 0 0 1 1 1 0 0x4E
Digit 7a Plane P1 R/active-low W 1 0 0 1 1 1 1 0x4F