MAX6951CEE+T

El MAX6951CEE+T de Analog Devices es un compacto controlador de pantalla LED con interfaz serie diseñado para controlar hasta ocho dígitos LED de cátodo común de 7 segmentos o 64 LED discretos con una sobrecarga mínima de E/S del microcontrolador. Utilizando sólo una interfaz serie de 3 hilos compatible con SPI (DIN, CLK, CS), descarga todas las funciones de multiplexación de LED, decodificación de caracteres, control de brillo y parpadeo del microcontrolador host, reduciendo drásticamente tanto la complejidad del firmware como el número de pines de E/S.

El MAX6951 es la versión de 8 dígitos de la familia MAX6950/6951. El MAX6950 controla hasta cinco dígitos de 7 segmentos o 40 LED discretos, mientras que el MAX6951 controla hasta ocho dígitos o 64 LED. Ambos comparten el mismo conjunto de comandos SPI, mapa de registros y encapsulado QSOP de 16 patillas, diferenciándose únicamente en el número de líneas de dígitos/segmentos. El MAX6951 expone de DIG0/SEG0 a DIG7/SEG7 (8 líneas de dígito/segmento multiplexadas) más SEG8 (una línea de segmento dedicada), mientras que el MAX6950 expone de DIG0/SEG0 a DIG4/SEG4 (5 líneas) más SEG5 a SEG8 (4 líneas de segmento dedicadas).

El innovador esquema de multiplexación de patillas es la clave para conseguir una capacidad de accionamiento de 8 dígitos en un minúsculo encapsulado de 16 patillas. Cada una de las 8 patillas de dígito/segmento (DIG0/SEG0 a DIG7/SEG7) cumple una doble función: durante una fase del ciclo de multiplexación, actúa como excitador de dígito (absorbiendo corriente del cátodo común de un dígito), y durante otras fases, actúa como excitador de segmento (suministrando corriente a segmentos individuales de otros dígitos). Esta multiplexación de puntos cruzados significa que cada LED está conectado entre una línea de dígito específica y una línea de segmento específica, con las líneas de dígito/segmento compartidas entre todos los LED. Esta disposición requiere un patrón de cableado específico entre el MAX6951 y la pantalla LED que difiere del enfoque convencional de un dígito por línea.

El decodificador hexadecimal en chip (0-9, A-F) elimina la necesidad de una tabla de consulta en el firmware del microcontrolador. Cada dígito puede configurarse individualmente para el modo de decodificación hexadecimal o el modo sin decodificación, lo que permite una mezcla de dígitos numéricos/alfanuméricos y patrones de segmentos personalizados (gráficos de barras, símbolos especiales, LED individuales) en la misma pantalla. En el modo de decodificación hexadecimal, al escribir un valor de 0x00-0x0F se muestra el carácter correspondiente (0-9, A-F). En el modo sin decodificación, cada bit del byte de datos controla directamente un segmento (dp, a-g), lo que proporciona una flexibilidad total para patrones personalizados.

El control digital de brillo de 16 pasos ajusta la corriente de accionamiento del segmento en pasos logarítmicos de 1/16 a 16/16 de la corriente máxima establecida por RSET. El brillo puede cambiarse dinámicamente sin modificar los datos de visualización, lo que permite efectos de atenuación suaves. La función de parpadeo de segmento puede parpadear independientemente cualquier segmento a una velocidad lenta (1 Hz) o rápida (0,5 Hz), con sincronización de parpadeo a través de múltiples controladores MAX6951/MAX6950 para grandes paneles de visualización.

El sufijo CEE+T indica un rango de temperatura comercial (de 0C a +70C) en embalajes de cinta y carrete. La variante EEE+T está clasificada para temperatura industrial (-40C a +85C). Ambas comparten idénticas especificaciones eléctricas.

El MAX6951 es una actualización directa de los antiguos controladores de LED MAX7219/MAX7221, que ofrece una velocidad de reloj SPI superior (26 MHz frente a 10 MHz), control de segmento individual, parpadeo de segmento y controladores con velocidad de giro limitada para reducir la EMI, todo ello en el mismo formato QSOP de 16 patillas con un conjunto de comandos compatible (pero no idéntico).

El MAX6951CEE+T funciona como un controlador de pantalla LED multiplexado con una interfaz serie de 3 hilos compatible con SPI y un exclusivo esquema de multiplexación cruzada.

Multiplexación cruzada: A diferencia de los controladores LED convencionales que utilizan líneas de dígitos y segmentos separadas, el MAX6951 utiliza 8 patillas DIG/SEG compartidas más 1 patilla SEG8 dedicada. Cada pin DIG/SEG puede funcionar como un driver de dígito (sumidero de corriente para el cátodo común) o como un driver de segmento (fuente de corriente para los ánodos individuales del LED). La multiplexación funciona mediante un ciclo de 8 intervalos de tiempo, uno por dígito. Durante el intervalo de tiempo N, la patilla DIG/SEG N funciona como un excitador de dígito (disipando la corriente del cátodo común del dígito N), mientras que las otras patillas DIG/SEG y SEG8 funcionan como excitadores de segmento (suministrando corriente a los segmentos individuales a-g y dp del dígito N). Este esquema de puntos cruzados significa que cada LED es direccionado de forma única por un par (línea de dígito, línea de segmento), con la restricción de que no pueden encenderse simultáneamente dos LEDs que compartan la misma línea de dígito o línea de segmento. El ciclo de multiplexación se repite aproximadamente a 800 Hz durante 8 dígitos, lo suficientemente rápido como para que no se produzcan parpadeos.

Interfaz serie SPI: El microcontrolador anfitrión envía palabras de datos de 16 bits al MAX6951 a través de la interfaz compatible con SPI. Cada palabra de 16 bits consiste en una dirección de 8 bits (D15-D8) y una carga de datos de 8 bits (D7-D0). El pin CS debe mantenerse bajo durante la transferencia de datos; en el flanco ascendente de CS, los 16 bits se enclavan en el registro interno. Se pueden conectar en cadena varios dispositivos MAX6951 conectando DOUT de un dispositivo a DIN del siguiente, lo que permite controlar cualquier número de dígitos con la misma interfaz de 3 hilos más las líneas de selección de chip.

Mapa de registros: El MAX6951 tiene 14 registros direccionables: Los registros de datos de dígitos 0-7 (direcciones 0x01-0x08) almacenan los datos de segmento para cada dígito; el registro de modo de decodificación (0x09) selecciona decodificación hexadecimal o sin decodificación para cada dígito; el registro de intensidad (0x0A) establece el brillo global (16 niveles, 0x00-0x0F); el registro de límite de exploración (0x0B) establece el número de dígitos activos (0x00-0x07 para dígitos 1-8); el registro de configuración (0x0C) controla el modo de apagado y el parpadeo; el registro de prueba de pantalla (0x0F) enciende todos los LED para pruebas. El registro Parpadeo (0x0D/0x0E si procede) controla el parpadeo por segmento.

Regulación de la corriente de segmento: La corriente de pico del segmento se regula mediante una resistencia externa RSET conectada entre la patilla ISET y GND. La relación es ISEG = 6720 / RSET (RSET en kOhmios, ISEG en mA). Con RSET = 56 kOhm, el pico de corriente del segmento es de 40 mA. El control de brillo digital interno modula esta corriente mediante PWM con 16 pasos de ciclo de trabajo de 1/16 a 16/16 de la corriente de pico. La limitación de la velocidad de giro en los controladores de segmento ralentiza las transiciones de corriente para reducir las interferencias electromagnéticas (EMI), lo que es especialmente importante en aplicaciones sensibles al ruido, como equipos médicos y audio profesional.

Temporización Multiplex: El oscilador RC interno (o un reloj externo en el pin OSC) establece la velocidad de barrido del múltiplex. Con RSET = 56 kOhm y CSET = 27 pF, el oscilador interno funciona a aproximadamente 4 MHz, produciendo una velocidad de exploración de aproximadamente 800 Hz para 8 dígitos (cada dígito se actualiza a 100 Hz). La velocidad de barrido puede ajustarse cambiando RSET y CSET, o puede aplicarse un reloj externo al pin OSC para sincronizar múltiples controladores. Cuando se utiliza un reloj externo, la frecuencia máxima es de 18 MHz.

Disipación de potencia: La disipación de potencia máxima está limitada por las características térmicas del encapsulado QSOP (667 mW a TA = 70C). La corriente de alimentación total depende del número de dígitos activos, la corriente de segmento y la tensión de alimentación. A 5 V con 8 dígitos y una corriente de segmento de pico de 40 mA, la corriente de alimentación en el peor de los casos es de aproximadamente 335 mA (15 mA en reposo + 40 mA x 8 segmentos de pico, promediada a lo largo del ciclo de multiplexación). La potencia disipada en el driver es la diferencia entre la tensión de alimentación y la tensión directa del LED multiplicada por la corriente del segmento. El funcionamiento a 3,3 V en lugar de 5 V reduce significativamente la disipación de potencia.