LED应用技术-课件 学习单元5、6 LED驱动电路设计、LED数码显示器和显示屏

1学习单元5LED驱动电路设计5.1全彩色LED大屏幕驱动器设计5.2用升／降压式变换器设计LED照明驱动器5.3用S3C44BOX设计大型LED显示系统5.4用户自定制LED驱动器的设计5.5用AT89C51单片机设计LED彩灯控制器5.1全彩色LED大屏幕驱动器设计

2动态扫描驱动电路1芯片介绍提纲1.芯片介绍1）芯片特点引脚个数28个，是一个16通道的LED恒流驱动器，能够同时驱动16个LED，每通道的最大驱动能力为80mA，每个通道可通过PWM方式根据内部亮度寄存器的值进行4096级亮度控制，内部每个通道亮度寄存器的长度是12位。不仅每个通道LED的驱动电路由内部的6位点校正寄存器的值进行64级控制，而且驱动电流的最大值可通过片外电阻设定。TLC59412）引脚功能Mode（模式信号）：Mode=0时为亮度信号输入模式，Mode=1时为点校正信号输入模式。SCLK（串行时钟）：在每个SCLK信号的上升沿，当Mode=0时，输入数据和输出数据移入和移出内部192位（16通道×12）的亮度串行移位寄存器；当Mode=l时，输入数据和输出数据移入和移出内部96位（16通道×6）的点校正串行移位寄存器。SOUT:串行数据输出。SIN:串行数据输入。XLAT：数据锁存，在XLAT信号的上升沿，如果Mode=0，亮度串行移位寄存器锁存到亮度控制寄存器，随机控制亮度PWM信号的输出；TLC5941的GCLK引脚输入一个时钟信号，就可产生同步的PWM信号。下面以640×480的全彩显示系统驱动部分的设计为例来进行介绍。整个屏由4块子屏组成，每一块子屏管理640×120像素的范围，且有单独的驱动电路。驱动设计采用动态1/8扫描驱动方式。驱动电路的控制由可编程逻辑器件EPM1270(Altera)实现。2动态扫描驱动电路全彩显示屏基于TLC5941的点阵驱动电路

EPM1270的内部结构5.2用升／降压式变换器设计LED照明驱动器

2输出电压反馈1升／降压式变换器工作原理提纲1升／降压式变换器工作原理三种变换器电路原理图

升／降压式变换器是低直流电压输入LED驱动器的有效解决方案，无论输出电压是高于是低于输入电压，它都可以驱动LED串。2输出电压反馈输出电压反馈5.3用S3C44BOX设计大型LED显示系统

2硬件结构及原理3软件设计1显示系统的主要技术难点提纲1显示系统的主要技术难点1）主要技术难点大型LED显示屏上的像素数以万计，随着显示面积增大，电路结构趋于复杂。为了保证一定的显示质量，帧频应在30帧／秒以上。当LED屏位于室外时，上、下位机通信可能在百米甚至千米以上，要求通信速度快可靠。2）应对策略大型的LED显示屏由通用的显示模块组成，显示模块具有良好的通用性和可嵌性。使用16位并行总线数据传输方式，要显示相应位置的显示模块，模块上的列锁存单能够准确选通，使横向级联的LED显示模块能够被视为一段连续的存储单元。使用S3C44BOX内部的DMA控制器进行数据的传输和控制，可节省使用指令传数据的CPU读取指令和译码的时间以及使用指令传输数据附带的计数、比较、跳转软件开销，从而能够在连续的读写操作中完成数据的传输，提高了数据传输的速度和率。2硬件结构及原理1）显示驱动模块显示驱动模块2）主控电路与LED屏的接口设计

主控电路与LED显示屏的接口应能实现以下功能：选通任意位置的显示驱动模块及该模块上的第一级列数据锁存器。将该位置要显示的点阵码准确锁存，并能在第一级列数据锁存器的数据刷新后，将刷新数据锁存到第二级列数据锁存器中并输出。能控制选通驱动16个同名行中的一行进行逐行扫描显示。实现主控芯片3.3V到LED显示屏5V的逻辑电平转换。3软件设计

1）LED显示屏显示程序的设计显示程序流程图

16位并行总线一次数据传输；由于显示驱动模块的第一级列数据锁存器译码选通电路的结构和DMA数据传输要求，对同一显示驱动模块的上下两部分的同名行点阵应按列数据锁存器的选通顺序依次连续存放；两相邻的纵向级联的一系列横向级联级应按①和②条中的原则进行点阵码排序；各纵向级联级依次按①、②、③条中的原则进行点阵码排序；在16行扫描显示方式下，一个大型LED屏分为16个同名行，每一个同名行按照①、②、③、④条中的原则进行点阵排序；2）点阵排序像素的点阵屏的第一个同名行点阵码排序图5.4用户自定制LED驱动器的设计

24位7段LED显示驱动器芯片14位7段LED显示器提纲4LED显示驱动器芯片的应用36位“米”字段LED显示驱动器5芯片的软件编程14位7段LED显示器通常使用的4位LED显示器其内部由多只发光二极管构成，按连接方式不同可分为共阳极与共阴极两种。在显示驱动方式中，采用动态扫描技术。当扫描到nl～n4公共端时，LED驱动器分别对应输出a～dp显示段，LED就能正常显示。在自定制LED显示驱动器芯片中，LPC系列中的P87LPC762单片机芯片具有较好的端口设置能力与较强的内部功能，可以通过编程来设置其引脚功能，使其作为LED显示器的驱动芯片。I/O口具有上拉输出模式或开漏输出模式设置功能；具有较大的端口拉电流或灌电流；当设计4位LED驱动器时，芯片的其余引脚可用于I2C总线地址设置和LED的极性选择；内部有2KB的OPT；自带I2C硬件接口；内部看门狗与内部复位。24位7段LED显示驱动器芯片

P87LPC762的引脚排列修改后P87LPC762的端口功能定义

36位“米”字段LED显示驱动器芯片

“米”字段LED显示器外形图

P89LPC932芯片原引脚功能

P89LPC932新定制芯片引脚定义

4LED显示驱动器芯片的应用5定制的LED显示驱动器芯片的软件编程5.5用单片机设计LED彩灯控制器

2硬件设计3软件设计1系统功能提纲

新型LED彩灯由彩灯控制器（主控模块）和管内LED板模块（受控模块）两个部分组成。彩灯控制器可直接与220V交流市电相连接，经过开关电源变换，输出直流工作电压，一方面为管内LED模块提供12V工作电源，另一方面为主控模块单片机系统（彩灯控制器）提供SV工作电源。整个系统由软件控制运行，根据需要用户可在LED彩灯工作时通过主控模块上的按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率。1系统功能2硬件设计

主控模块电路3软件设计管内LED板模块电路主程序流程图应用实例36学习单元6LED数码显示器与显示屏6.1LED数码显示器

6.2LED显示屏6.3LED图文显示屏6.4LED图像显示屏6.5LED显示屏的设计与选择6.1LED数码显示器2LED数码显示器分类1LED显示器结构提纲4LED数码显示器应用3LED数码显示器特殊参数1LED显示器结构反射罩式数码管条形7段式数码管单片集成式多位数字显示器按字高分：笔画显示器的字高最小为Imm，其他类型笔画显示器的字高最大可达12.7mm甚至数百毫米。按颜色分：有红、橙、黄、绿、紫、白等数种。按结构分：有反射罩式、单条7段式及单片集成式。按位数分：有l位数码管、2位数码管、3位数码管和4位数码管等。按各发光段电极连接方式分：有共阳极和共阴极两种。2LED数码显示器分类共阳极和共阴极数码管发光强度比由于在同样的驱动电压下，数码管各段的正向电流不相同，所以，各段的发光强度也不同。把所有段的发光强度值中最大值与最小值之比称为发光强度比。在通常情况下，发光强度比在1.5～2.3之间，最大不能超过2.5。脉冲正向电流若笔画显示器每段的典型正向直流工作电流为IF，则在脉冲信号作用下，正向电流可以远大于IF。脉冲占空比越小，脉冲正向电流可以越大。3LED数码显示器的特殊参数

4LED数码显示器的应用

1）7段数码显示器7段数码显示器驱动电路一位数码管静态驱动实例N位数码管静态驱动显示电路2）“米”字管和符号管3）LED点阵式显示器

LED点阵式显示器LED点阵式显示器驱动电路6.2LED显示屏2LED显示屏分类1LED显示屏的发展阶段提纲4LED显示屏的主要指标3LED显示屏基本结构1990年以前是LED显示屏的成长形成时期1990-1995年是LED显示屏的迅速发展时期1995年以来LED显示屏的发展进入总体稳步提高、产业格局调整完善的时期1LED显示屏的发展阶段按显示颜色分按显示性能分按发光材料分按使用环境分按灰度级分按工作方式来分2LED显示屏分类目前世界上最大的led显示屏3LED显示屏基本结构

LED显示屏电路框图像素及像素直径分辨率灰度双基色全彩色4LED显示屏的主要指标

6.3LED图文显示屏2LED图文显示屏的组成1LED图文显示屏的特点提纲4LED图文显示屏的应用3LED图文显示屏设计思路组成一个字的点阵，其大小也有16×16、24×24、32×32、48×48等不同规格。汉字“欢迎”的16×16点阵结构，还给出了按行从上到下、每行列从左到右排列的显示数据。1LED图文显示屏的特点16×16点阵汉字结构2LED图文显示屏组成异步屏组成

同步屏组成1）显示单元板（模组）LED显示屏像素点8x8显示模块

由2个红色灯珠组成1个显示像素点的室外屏模组

64x16的单元板16x8(2红)的室外屏模组2）控制卡

一般使用的是开关电源，220V输入，5V直流输出。需要指出，由于LED显示屏幕属于精密电子设备，所以要采用开关电源，不能采用变压器。对于1个单红色户内64x16的单元板，全亮的时候，电流为2A。3）开关电源开关电源

4）LED显示屏屏体

LED显示屏

微机硬件电路显示驱动电路控制信号3图文显示屏硬件电路的设计思路4典型应用方式

群显式应用6.4LED图像显示屏2显示屏终端分辨率1视频信号处理技术提纲途径一先将输入的复合全电视信号进行解码，得到一组分量模拟信号；再对分量模拟视频信号进行模／数转换，最终得到分量数字视频信号。复合全电视信号中包含有一个亮度信号Y和两个色差信号FU、FV。运用频谱搬移技术实现频谱间置，使它们公用一个频带，这称为亮／色频复用。途径二运用一个特定的频率先对复合全电视信号直接进行模／数转换，得到一个复合数字视频信号（复合编码），然后采用数字方式进行解码，得到分量数字视频信号。1视频信号处理技术1）像素共享技术

优点：重现像素密度可提高4倍；灰度等级增加2bit。信噪比提高3dB以上，从而提升图像的分解力。不足：存在像素颗粒感；由于每一个像素采用了时分复用方式循环扫描相邻四像素的信息，因此在显示单笔画的文字时会出现字迹不清现象。适用场所：像素共享技术适用于物理像素在60000～110000范围内的视频显示屏。2显示屏终端分辨率

优点：物理像素密度提高了4/3倍；动态像素密度提高了4倍；有效视觉像素密度最大可提高2倍（由于相邻像素之间的重叠率达50%）。不足：该技术由于采用了LED等间距均匀分布方式，因此组成各个像素的LED之间的间距呈现最大离散状态。与LED集中分布方式相比，像素的混色性能呈现最差状况；在物理亮度相同的情况下，显示屏的视觉亮度呈现最弱状况；由于对每一只LED采用了时分复用方式循环扫描相邻4个像素的信息，因此在显示单笔画的文字时会出现字迹不清晰现象。适用场所：动态像素技术适用于观看距离大于显示屏物理像素间距2431倍，并且全屏物理像素数少于60000的视频显示屏。2）动态像素技术6.5LED显示屏的设计与选择2耗电要求与电源选择1显示屏尺寸的选择提纲4大屏幕显示器的设计

3显示屏的选用在设计屏体大小时，有3个重要因素需要考虑：显示内容的需要。场地的空间条件。根据场地的空间条件，设计屏体大小时主要应该考虑以下5点：有效视距与实际场地尺寸的关系。像素尺寸与分辨率。