發(fā)光二極管顯示器件的接口技術

發(fā)光二極管顯示器件的接口技術第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四發(fā)光二極管LED盡管LCD(液晶)顯示器的應用已越來越多，但目前的中低端測控系統(tǒng)中，LED(發(fā)光二極管)仍占有主要地位。主要原因有以下幾個：1)LED接口簡單；2)LED自發(fā)光且亮度高，即便在室外仍具有很好的可見度；3)容易做大，十幾平方米的大LED屏已很普遍；4)成本低、壽命長。電氣特性驅動電流一般為3~20mA導通時管壓降一般2V左右顯示驅動方式靜態(tài)顯示：用于信息少動態(tài)顯示：用于信息多第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.1靜態(tài)顯示常采用的驅動器件7406、7407專用驅動電路如ULN2003/2008,74HC373等有些單片機可直接驅動（拉電流，灌電流）注：高電平時的輸出電流遠小于低電平時的注入電流第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.1靜態(tài)顯示1）發(fā)光二極管類型：超高亮:1.7V~1.9V,設計電流通常選為15mA高亮:1.6V~1.8V，設計電流通常選為12mA普亮：1.4V~1.7V，設計電流通常選為8mA設計電流的選擇應根據應用環(huán)境及對亮度的要求來定常采用的驅動電路7406、7407專用驅動電路如ULN2003/2008,74HC373、244、24574LS244/245等有些單片機可直接驅動第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2）發(fā)光二極管的特性

由于LED的電流特性為近似的恒壓器件，導通電流I在其導通閥值附近快速增大，所以必須加限流電阻控制電流值。IVVt近似的恒壓特性，使用時需串接限流電阻注意：大多數單管LED不應在超過50mA的情況下長時間工作第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四3）限流電阻的計算VCC7406R例1：某超高亮LED,5V工作，工作電流為8mA，導通壓降為1.7V,電路如下圖驅動器件的低電平輸出電壓工作電流第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四器件選用高電平輸出驅動與低電平輸出驅動，器件選用和計算方法有所不同

74LS04:高電平輸出時，可以流出最大0.4mA的電流，而低電平輸出時，可以注入最大8mA的電流74LS594的高電平輸出時，可以流出最大2.6mA的電流，而低電平輸出時，可以注入最大24mA的電流74LS244:高電平輸出時，可以流出最大15mA的電流，而低電平輸出時，可以注入最大24mA的電流第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四器件選用對需要更大輸出電流、更高輸出電壓時，還可選擇高壓輸出的OC門驅動器7406/7407。7406/7407器件低電平時的注入電流可達40mA，高電平輸出時，可耐壓30V。專用驅動器ULN2003/ULN2803/ULN2023/ULN2823更適合LED的大電流驅動，導通時可注入500mA的極限電流，可在300mA電流下長期工作，高電平輸出耐壓可達50V(ULN2003/ULN2803)或95V(ULN2023/ULN2823)。高電平時的輸出電流遠小于低電平時的注入電流。所以，一般情況下應使用低電平驅動方式

第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四例2：某室外LED數碼顯示塊，每段由100個LED組成，超高亮LED，工作電流為15mA，導通壓降為1.4V,選用ULN2003驅動ULN2003工作電壓不超過50伏選用1/2W的阻值為1KΩ,35=25*1.4+50V2003VD1VD25ULN2003+48V第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四4）驅動器的選擇——要考慮到2個參數（1）驅動電流——大于等于LED的工作電流7406、7407注入電流為40mAULN2003注入電流為300mA（2）耐壓值——大于等于驅動電壓7406、7407耐壓值為30VULN2003耐壓值為50V第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四5）LED數碼管abcdefgdp共陰極LED共陽極LED需注意的問題：（1）小數點的驅動——導通壓降較低和工作電流較?。?）共陰極LED限流電阻的計算——陽極驅動電壓專用的驅動器，高電平輸出一般在4.5V左右大多數TTL器件，高電平輸出一般在3.5V或更低第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四清零D1移位脈沖2341QQ3Q1Q2RD000000010010101101011011QJKF0Q0QJKF2QJKF1QJKF3QQQJ0=1

K0=0J1=0K1=1J2=0K2=1J3=0K3=1J0=0

K0=1J1=1K1=0J2=0K2=1J3=0K3=1J0=1

K0=0J1=0K1=1J2=1K2=0J3=0K3=1J0=1

K0=0J1=1K1=0J2=0K2=1J3=1K3=01011左移寄存器第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四6）使用串行芯片的靜態(tài)顯示使用靜態(tài)方式，通常使用移位寄存器擴展顯示位數。常用的移位寄存器有74HC164/165，74HC594等。多片移位寄存器可串聯(lián)使用。帶輸出寄存器的8位移位寄存器74HC594更適合LED靜態(tài)顯示，由于移位和存儲寄存器都提供了分離的時鐘，即便級聯(lián)了很多片74HC594，顯示過程也不會出現閃爍現象圖2.574HC594的級聯(lián)使用及LED顯示驅動第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.2LED的動態(tài)刷新顯示

本章重點難點

LED顯示方式1）靜態(tài)顯示

同時點亮，硬件較多，軟件設計簡單;靜態(tài)的LED顯示將耗用大量的I/O端口和驅動、限流電路。如要顯示10個24點陣漢字的單色顯示屏，將需要720個8位I/O口

2）動態(tài)顯示

輪流點亮，節(jié)省硬件，軟件相對復雜數碼管較多，或為點陣顯示屏時，常采用矩陣掃描方式注意兩種方法的應用場合第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四視覺暫留人眼的視覺暫留特點，當顯示刷新的頻率高于某一值時，人眼將覺察不到閃爍。對LED顯示刷新而言，刷新頻率不能低于50次/秒。高于60次/秒將使視覺更舒服。1、動態(tài)顯示的注意事項（1）動態(tài)掃描頻率不能低于50HZ(2)要保證通過LED的瞬時電流不超過其峰值電流;顯示亮度由流過一個發(fā)光二極管的平均電流決定第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四建議：軟件掃描行數不能超過16行，硬件掃描可提高到32行（2）掃描的行數：要保證通過LED的瞬時電流不超過其峰值電流行掃描線以高電平驅動，列掃描線以低電平驅動，通常以逐行掃描方式工作(以共陽顯示塊為例)，即一次掃描一行。當一行高電平選中時，對應位置的發(fā)光二極管是否點亮由列掃描線是否處于低電平決定。適當延時后，切換到下一行顯示，顯示亮度由流過一個發(fā)光二極管的平均電流決定。

第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四動態(tài)掃描注意：為了達到足夠的平均電流，必須給發(fā)光二極管提供足夠的瞬時電流

若掃描行數為16行，LED段平均電流為8mA，（以十六行掃描作為一個掃描周期為例）則段瞬時電流應為8*16=128mA但由于對大多數單個LED而言，大于200mA的峰值電流，可能對器件造成永久損傷，特別是當掃描電路工作異常而引起停掃時，50mA以上的電流即可能引起LED的永久損壞。通常硬件掃描引起停掃的可能性比軟件掃描小得多，所以建議使用硬件掃描。第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2、16路動態(tài)顯示驅動電路舉例RXDTXDP1.0QAQHQH/SCLKSRCLKSERQAQHQH/SCLKSRCLKSER74HC594驅動與限流LED陣列或數碼塊ABCD/Y0/Y15……220Ω330ΩVCC行驅動或位驅動ULN2003圖2.10動態(tài)LED顯示驅動電路(共陽極）第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四（1）限流電阻的計算：設段平均電流為8mA，16路，VCC=5V,VT1(鍺材料)導通壓降為0.3V，ULN2003導通壓降為0.3V，高亮LED導通管壓降為1.6V（2）行驅動電流的計算：設16路，段平均電流為4mA

，80列超高亮LED點陣，則全亮時三級管應提供的行驅動電流為根據行驅動電流選擇三極管第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四ULN2003可直接與單片機并行口直接相連驅動少量數碼管時，可直接使用單片機并行I/O端口連接驅動和限流部分大多數LED專用驅動芯片，都是用于共陰極數碼管SE-ASE-BSE-CSE-DSE-ESE-FSE-GULN2003P1.0P1.1P1.2P1.3ABCD/LT/BILEVCC4511IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7COM圖2.11譯碼輸出動態(tài)LED顯示驅動電路第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四3、單色、雙色、三色顯示紅綠雙色LED為多，紅綠雙色同時點亮或交替點亮時，便顯示橙色，所以實際為三色顯示

2腳三色3腳三色第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四（1）共陰雙色驅動電路RXDTXDP1.0QAQHQH/SCLKSRCLKSERQAQHQH/SCLKSRCLKSER74HC594驅動與限流ABCD/Y0/Y15……220Ω330ΩVCCULN2003220Ω330Ω用2個不同的行驅動圖2.12共陰極雙色動態(tài)LED顯示驅動電路第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四（2）共陽雙色驅動電路RXDTXDP1.0QAQHQH/SCLKSRCLKSERQAQHQH/SCLKSRCLKSER74HC594驅動與限流ABCD/Y0/Y15……220Ω330ΩVCCULN2003驅動與限流看做2個不同的列圖2.12共陽極雙色動態(tài)LED顯示驅動電路第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.3動態(tài)顯示刷新的專用模塊動態(tài)刷新的方法軟件刷新——占用CPU時間，可靠性差硬件刷新——8279，MAX7219/7221等8279——并行接口，需外接顯示驅動電路（見P37圖2.14）MAX7219串行接口，具有刷新、驅動功能，可直接驅動8個共陰極LED數碼管，可級聯(lián)使用MAX7221上升沿鎖存、高位在前、16位SPI接口第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四8279，MAX7219/7221圖2.15MAX7219/7221引腳圖圖2.1482C79接口信號第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四1）MAX7219/7221與LED的接口電路（串行）亮度調節(jié)方法（1）硬件調節(jié)（2）軟件調節(jié)圖2.16MAX7219與8位LED接口第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四級聯(lián)方式：DOUT(1)——DIN(2)多級串聯(lián)使用時，要使每個芯片所接LED數保持均衡圖2.17MAX7219驅動16個LED顯示接口第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2）MAX7219/7221的再驅動7219/7221最大段驅動電流為40mA,每個數碼管的段平均電流為5mA。當亮度要求較高時，可增加驅動電路DIG0DG0220Ω330ΩVCC來自7219SE-ASE-BSE-CSE-DSE-ESE-FSE-GULN2803SEBSECSEDSEESEFSEGSEA12ΩIN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7共陽極LED圖2.18MAX7219在驅動接7219LED導通壓降為3.4V第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.4大尺寸顯示器的接口大尺寸LED的特點工作電流大、驅動電壓大;大尺寸LED七段顯示塊，與小LED七段顯示塊相比，除驅動電流大小不同外，驅動電壓也往往要大得多。當LED的正向導通壓降大于3.6V時，常規(guī)的驅動電路將不能正常點亮5V供電的LED。導通電壓大于3.6V時，常采用OC門加高壓驅動（1）驅動電壓低于12V時，取LED導通壓降加2V~3V（2）LED導通壓降較高時，驅動電壓應高于導通壓降的15％～20％加2V,如3.6V+3.6V*20％+2V第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四若LED尺寸較大，驅動電壓高于VCC時，為驅動前應加OC門如7407MAX7219/7221的再驅動VDD(+12V)DIG0DG0220Ω330Ω7407來自7219見P40圖2.20P41圖2.21第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四高壓輸出驅動電路圖2.20用MAX7219驅動大導通壓降的LED電路OC門位驅動第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.5動態(tài)顯示驅動管的散熱問題驅動管在線路板上應均與分布大量的驅動塊不能集中在一起通風良好驅動電壓不能太大注意安裝第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.6實例對線器的設計問題長線連接信號，對線困難1.設計思路一端發(fā)順序號脈沖的驅動另一端的發(fā)光二極管圖2.22對線器的使用原理第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.原理圖圖2.2324路對線器原理圖圖2.2324路對線器原理圖第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四3.軟件設計圖2.24各通道信號時序第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四程序使用三個數組P0[4]、P1[4]、P2[4]分別初始化為{0xff，0x7f，0x77，0x99，0xaa}，{0x7f，0x80，0x77，0x99，0xaa}，{0，0x7f，0x77，0x99，0xaa}

，注意：77修改為87第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.7實例：2.3英寸LED顯示器驅動電路設計

LED七段顯示器在儀器上大量使用，小型儀器通常配小LED顯示器，大型儀器則常配大尺寸LED顯示器圖2.26LED引腳與性能測試原理第41頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.3英寸LED顯示器驅動電路設計

難點器件特性:電路實測應該是首選方案，因為這時可以模擬儀器的實際使用環(huán)境，選擇最為理想的亮度來設計儀器

測試開始時，請務必將電阻阻值調到最大，以免燒壞LED。當測試1.5英寸以上LED時，電源電壓宜選擇12V或更高。注意：小數點的導通壓降及工作電流通常與其它段不同，應特別注意第42頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.3英寸LED顯示器驅動電路設計測得