只用微控制器少量端口，用“Chipiplexing”有效驱动多只LED

实际的微控制器都有强大的双向I/O端口，你可以用不同的技术来充分利用这些功能。最近有个设计实例描述了一种“Charlieplexing”方法，它是只用N个双向I/O端口和N个电阻，驱动M=N×(N–1)个LED的有效方式（参考文献1和参考文献2）。遗憾的是，采用Charlieplexing方法时，每次只能驱动一只LED，因此当使用大量LED时，只有很少时间能用于复用每只LED：TDRIVE=T/M，其中T是PWM激励周期。于是，为获得给定的平均电流和点亮LED，就必须用M倍的电流去激励它们，而通常无法从微控制器端口获得这种峰值电流。

　　本设计描述的是“Chipiplexing”方法，这种方法需要增加N个廉价的双极晶体管。本电路使用的是PNP型晶体管，但也可以采用NPN器件。（Chipiplexing这个词出自于我的昵称Chipi。）付出这些额外成本带来的好处是可以同时驱动N-1只LED，因此将峰值电流减小到N-1分之一。



　　图1表示N=3和M=6的方案，但可以将相同准则用于不同的N值；在这种情况下，可以同时驱动两只LED。限流电阻并联在新增PNP晶体管的基射极上，所有集电极连接到地。如果你将一个微控制器端口设为零（或地），则相应PNP晶体管就有一个接地的基极，其射极为一个固定电压（一般是 0.7V）。通过其余端口就可以激励所有阴极连接到这个射极的LED。如果将端口设为1，即电池电压，LED点亮；如果将端口设为高阻，则LED熄灭。



表1驱动LED的九种可用端口组合

　　表1表示三个微控制器端口的九个可能组合：六个可用Charlieplexing方法每次驱动一只LED，三个新组合每次驱动二只LED。微控制器端口将晶体管基极接地。这一动作固定了集射结的压降，并将所有LED电流拉入大地，而不会给微控制器端口过大压力，微控制器端口只吸入晶体管基极电流再加上每只电阻的0.7V。每个端口都设定到只驱动一只LED电流的电池电压。

　　采用Charlieplexing方法时，两只电阻处于LED电流路径上；不过，这种情况下可以很容易算出限流电阻值R=(VBAT–VLED–0.7)/ILED，其中VBAT是电池电压，VLED是 LED电压，而ILED是所需要的LED电流。随着LED数量的增加，优点会更明显。对于N=5，20只LED情况，这种方案驱动每只LED时间为 20%，而采用Charlieplexing方法时驱动时间只有5%。