电子产品设计也要倡导“绿色设计”
近日,一名学生买了一块单片机实验板套件,实验板上有4位LED显示器,他按其原理图焊接好元件,又按原理图编写了显示程序,可结果却不能正常显示,其电路如图1所示,因电路就是典型的动态扫描的结构,所以图中只画了1位LED显示器,其余3位省略未画。
按原理图分析LED数码管应该是共阳型的,但实测却是共阴型的,难怪,无论他怎么测试都不能显示。在不改变电路板、不更换数码管的情况下只好将三极管换成NPN型的9013,去掉发射极100Ω电阻,发射极接地。然后再按共阴数码管编写程序后能正常显示了。在这里不讨论套件与电路图的一致性问题,而是要讨论原电路中设计的电阻排和发射极电阻对单片机产生的危害。
因为数码管是共阳型的,那么P0口直接驱动数码管的七段,为0有效,数码管的限流电阻为三极管发射极电阻,如果按显示“8.”字符估算,单片机P0口每个引脚要吸收数码管的电流约4mA。如果按显示“1”字符计算,P0.1和P0.2输出为低电平(其余6脚为高电平),吸收数码管的电流高达15mA,可见显示字符不同,数码管导通电流就不同,显示亮度也不同,是变化的,这是缺点一。
对于AT89系列单片机的P0口,每个引脚吸收电流为8个TTL负载的灌电流,即3.2mA,可见,不论显示什么字符,P0口已经处于满负荷(或超负荷)状态下工作。再计算电阻排产生的灌电流,只要P0口的引脚为低电平,每个引脚通过电阻排增加5mA的灌电流,可想而知,P0口的灌电流有多大了,其实仅电阻排产生的电流就已经使P0口处于超负荷的工作状态了,这是缺点二。那么在这种结构的电路中,已经不再需要电阻排作上拉电阻了,故电阻排已失去作用,而由电阻排产生的灌入P0引脚的电流对于数码管的显示是毫无作用的,在此不妨称为“浪费电流”。另外这个“浪费电流”对P0口还要产生负作用,或负效应,产生危害。如果是一个产品,采用这种结构,单片机长期处于超负荷状态下工作,谁能说清楚,单片机不会减少寿命。好在数码管是动态扫描显示的,通过P0口的灌电流也是变化的,平均电流会小些。如果产品是使用电池供电的话,由电阻排产生的电流将会消耗多少宝贵的电池的能量,能计算清楚吗?电池的工作寿命会减少多少呢?而这种浪费电流对数码管的显示是毫无意义的,但对单片机却产生了负效应。