發(fā)光二極管顯示器件的接口技術(shù)

發(fā)光二極管顯示器件的接口技術(shù)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(yīng)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(qū)動電流一般為3~20mA導(dǎo)通時管壓降一般2V左右顯示驅(qū)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(qū)動器件7406、7407專用驅(qū)動電路如ULN2003/2008,74HC373等有些單片機(jī)可直接驅(qū)動（拉電流，灌電流）注：高電平時的輸出電流遠(yuǎn)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(shè)計電流通常選為15mA高亮:1.6V~1.8V，設(shè)計電流通常選為12mA普亮：1.4V~1.7V，設(shè)計電流通常選為8mA設(shè)計電流的選擇應(yīng)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境及對亮度的要求來定常采用的驅(qū)動電路7406、7407專用驅(qū)動電路如ULN2003/2008,74HC373、244、24574LS244/245等有些單片機(jī)可直接驅(qū)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(dǎo)通電流I在其導(dǎo)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(shù)單管LED不應(yīng)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(dǎo)通壓降為1.7V,電路如下圖驅(qū)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(qū)動與低電平輸出驅(qū)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(qū)動器7406/7407。7406/7407器件低電平時的注入電流可達(dá)40mA，高電平輸出時，可耐壓30V。專用驅(qū)動器ULN2003/ULN2803/ULN2023/ULN2823更適合LED的大電流驅(qū)動，導(dǎo)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(dá)50V(ULN2003/ULN2803)或95V(ULN2023/ULN2823)。高電平時的輸出電流遠(yuǎn)小于低電平時的注入電流。所以，一般情況下應(yīng)使用低電平驅(qū)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(shù)碼顯示塊，每段由100個LED組成，超高亮LED，工作電流為15mA，導(dǎo)通壓降為1.4V,選用ULN2003驅(qū)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(qū)動器的選擇——要考慮到2個參數(shù)（1）驅(qū)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(qū)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(shù)碼管abcdefgdp共陰極LED共陽極LED需注意的問題：（1）小數(shù)點的驅(qū)動——導(dǎo)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(qū)動電壓專用的驅(qū)動器，高電平輸出一般在4.5V左右大多數(shù)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(kuò)展顯示位數(shù)。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(xiàn)閃爍現(xiàn)象圖2.574HC594的級聯(lián)使用及LED顯示驅(qū)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(shè)計簡單;靜態(tài)的LED顯示將耗用大量的I/O端口和驅(qū)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(fù)雜數(shù)碼管較多，或為點陣顯示屏?xí)r，常采用矩陣掃描方式注意兩種方法的應(yīng)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(dāng)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(shù)不能超過16行，硬件掃描可提高到32行（2）掃描的行數(shù)：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(qū)動，列掃描線以低電平驅(qū)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(dāng)一行高電平選中時，對應(yīng)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?jīng)Q定。適當(dāng)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(dá)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(shù)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(yīng)為8*16=128mA但由于對大多數(shù)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(dāng)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(qū)動電路舉例RXDTXDP1.0QAQHQH/SCLKSRCLKSERQAQHQH/SCLKSRCLKSER74HC594驅(qū)動與限流LED陣列或數(shù)碼塊ABCD/Y0/Y15……220Ω330ΩVCC行驅(qū)動或位驅(qū)動ULN2003圖2.10動態(tài)LED顯示驅(qū)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(shè)段平均電流為8mA，16路，VCC=5V,VT1(鍺材料)導(dǎo)通壓降為0.3V，ULN2003導(dǎo)通壓降為0.3V，高亮LED導(dǎo)通管壓降為1.6V（2）行驅(qū)動電流的計算：設(shè)16路，段平均電流為4mA

，80列超高亮LED點陣，則全亮?xí)r三級管應(yīng)提供的行驅(qū)動電流為根據(jù)行驅(qū)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(jī)并行口直接相連驅(qū)動少量數(shù)碼管時，可直接使用單片機(jī)并行I/O端口連接驅(qū)動和限流部分大多數(shù)LED專用驅(qū)動芯片，都是用于共陰極數(shù)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(qū)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?xí)r，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(qū)動電路RXDTXDP1.0QAQHQH/SCLKSRCLKSERQAQHQH/SCLKSRCLKSER74HC594驅(qū)動與限流ABCD/Y0/Y15……220Ω330ΩVCCULN2003220Ω330Ω用2個不同的行驅(qū)動圖2.12共陰極雙色動態(tài)LED顯示驅(qū)動電路第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四（2）共陽雙色驅(qū)動電路RXDTXDP1.0QAQHQH/SCLKSRCLKSERQAQHQH/SCLKSRCLKSER74HC594驅(qū)動與限流ABCD/Y0/Y15……220Ω330ΩVCCULN2003驅(qū)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(qū)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(qū)動電路（見P37圖2.14）MAX7219串行接口，具有刷新、驅(qū)動功能，可直接驅(qū)動8個共陰極LED數(shù)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(diào)節(jié)方法（1）硬件調(diào)節(jié)（2）軟件調(diào)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(shù)保持均衡圖2.17MAX7219驅(qū)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(qū)動7219/7221最大段驅(qū)動電流為40mA,每個數(shù)碼管的段平均電流為5mA。當(dāng)亮度要求較高時，可增加驅(qū)動電路DIG0DG0220Ω330ΩVCC來自7219SE-ASE-BSE-CSE-DSE-ESE-FSE-GULN2803SEBSECSEDSEESEFSEGSEA12ΩIN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7共陽極LED圖2.18MAX7219在驅(qū)動接7219LED導(dǎo)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(qū)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(qū)動電流大小不同外，驅(qū)動電壓也往往要大得多。當(dāng)LED的正向?qū)▔航荡笥?.6V時，常規(guī)的驅(qū)動電路將不能正常點亮5V供電的LED。導(dǎo)通電壓大于3.6V時，常采用OC門加高壓驅(qū)動（1）驅(qū)動電壓低于12V時，取LED導(dǎo)通壓降加2V~3V（2）LED導(dǎo)通壓降較高時，驅(qū)動電壓應(yīng)高于導(dǎo)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(qū)動電壓高于VCC時，為驅(qū)動前應(yīng)加OC門如7407MAX7219/7221的再驅(qū)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(qū)動電路圖2.20用MAX7219驅(qū)動大導(dǎo)通壓降的LED電路OC門位驅(qū)動第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.5動態(tài)顯示驅(qū)動管的散熱問題驅(qū)動管在線路板上應(yīng)均與分布大量的驅(qū)動塊不能集中在一起通風(fēng)良好驅(qū)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(shè)計問題長線連接信號，對線困難1.設(shè)計思路一端發(fā)順序號脈沖的驅(qū)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(shè)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(shù)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(qū)動電路設(shè)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(qū)動電路設(shè)計

難點器件特性:電路實測應(yīng)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(shè)計儀器

測試開始時，請務(wù)必將電阻阻值調(diào)到最大，以免燒壞LED。當(dāng)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(shù)點的導(dǎo)通壓降及工作電流通常與其它段不同，應(yīng)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(qū)動電路設(shè)計測得