7段数码管显示驱动电路参数推导

       7段数码管价格低廉驱动简单，能够显示数字0~9、字符A、b、C、d、E、 F、P、q、L等，被广泛应用于电子产品的简单数据的显示。比如温控仪的温度及设置参数的显示、电子钟的时间显示、电梯的楼层显示等。

      以前感觉7段数码管的驱动电路很简单，而且项目从来没用过，因此没有深入分析思考。最近为单片机教材《单片机原理及应用—基于Proteus和 Keil C》做了一块配套的单片机课程实验板，实验板上有2个2位共阴7段数码管用于简单信息显示。刚开始设计电路如下：

      

         电路焊接完成后测试时发现动态显示时数码管的亮度很低。怀疑电阻的取值可能不太合适，在网上查阅了很多资料后更换了电阻值，问题解决。现在把电阻值的估算过程总结如下。

       51单片机I/O口的驱动能力有限，因此在P0口和数码管段码之间增加了74LS245来增加端口驱动能力。R1~R7、R11~R17起到限流的作用，用以保护数码管。数码管点亮时，公共端电流很大，如果直接把公共端连接到单片机引脚，大电流将会灌入单片机引脚，容易导致引脚损坏，因此增加三极管Q1、Q2、Q3、Q4。三极管作为开关管，导通时数码管驱动电流大部分从C→E通道流入电源地，小部分灌入单片机引脚。三极管作为开关管工作在饱和区和截止区。当三极管导通时数码管点亮，三极管工作在饱和区。

          首先计算最大字电流。4个数码管，每一个包含8段，每一段工作时平均电流是3mA的话，则最大电流为4*8*3=96mA，约等于100mA。从集电极电流和放大倍数之间的关系图可知Ic= 100mA时，Hfe＞200。理论上Ib=0.5mA就可以使三极管饱和导通。饱和导通时三极管压降Vbe=0.7V，R=(5-0.7)/Ib=4.3K。为了使三极管可靠导通，一般取基极保护电阻R=1~2K。

       接下来计算数码管段限流电阻取值。首先计算段电流，一般红色LED压降约为1.6V，绿色LED压降约为1.8V。静态显示时段电流约为3mA，4个数码管轮流动态显示，为了使显示亮度和静态显示时一样，驱动电流需要提高4倍，于是动态显示时段驱动电流需要达到3*4=12mA，R=(Vcc-1.6)/(3*4)=0.28K，因此用300Ω的电阻就差不多了。这个电阻的取值直接影响数码管的显示亮度。

      按照上边的推导，更换电阻后，数码管的亮度增加了很多。