【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ED 器件有較大影響。例如在顯示 256 級(jí)灰度時(shí)，采用 1/16 掃描方式時(shí)，按 120HZ 的楨頻考慮。 LED 器件的驅(qū)動(dòng) 從 LED 器件的發(fā)光機(jī)理可以知道，當(dāng)向 LED 器件施加正向電壓時(shí)，流過(guò)器件的正向電流使其發(fā)光。因此 LED 的驅(qū)動(dòng)就是如何使它的 PN 結(jié)處于正偏置，而且為了控制（調(diào)節(jié)）它的發(fā)光強(qiáng)度，還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問(wèn)題。具體的驅(qū)動(dòng)方法可以分為直流驅(qū)動(dòng)、恒流驅(qū)動(dòng)、脈沖驅(qū)動(dòng)和掃描驅(qū)動(dòng)。但由于主要應(yīng)用的是后兩種，所以在這里只介紹這兩種。在最后我們?cè)诮榻B一下，以上幾種驅(qū)動(dòng)方法組合在一起的一種組合驅(qū)動(dòng)方法。 一、脈沖驅(qū)動(dòng) 利用人眼的視覺(jué)惰性，采用向 LED 器件重復(fù)通斷供電的方法使之點(diǎn)燃，就是通常所說(shuō)的脈沖驅(qū)動(dòng)方式。采用脈沖驅(qū)動(dòng)方式時(shí)應(yīng)該注意兩個(gè)問(wèn)題：脈沖電流輻值的確定和重復(fù)頻率的選擇。首先，要想獲得與直流驅(qū)動(dòng)方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強(qiáng)度的話，脈沖驅(qū)動(dòng)電流的平均值 Ia 就應(yīng)該與直流驅(qū)動(dòng)的電流值相同。如圖 所示，平均電流 Ia 是瞬時(shí)電流的時(shí)間積分對(duì)于矩形波來(lái)說(shuō)，有 : 0(1 / )TI a t id t= 242。 12 圖 LED的脈沖驅(qū)動(dòng) ( / )onI a I F T T= 其中 /ontT就是占空比的一種描述，嚴(yán)格意義上的占空比應(yīng)該是 /on offtt，但因/on offtt=T ont ，所以 /ontT也就間接表示了。為了使脈沖驅(qū)動(dòng)方式下的平均電流 aI 與直流驅(qū)動(dòng)電流相同，就需要使它的脈沖電流幅值滿足： ( / )onFaT tII= 可見(jiàn)脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖電流的幅值應(yīng)該比直流驅(qū)動(dòng)電流大 / onT t 倍。所幸的是脈沖驅(qū)動(dòng)下的最大允許電流幅值比直流驅(qū)動(dòng)的電流最大允許值高的多。 其次，是脈沖重復(fù)頻率（或重復(fù)周期）的問(wèn)題。通過(guò)視覺(jué)惰性的分析，已經(jīng)知道脈沖重復(fù)頻率必須高于 24Hz，否則就會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。在實(shí)際應(yīng)用中，往往采用更高的頻率，例如 50 Hz、 60 Hz、 120 Hz 甚至高達(dá) 1920 Hz。選擇重復(fù)頻率時(shí)，不僅要考慮避免閃爍現(xiàn)象，有時(shí)還要考慮電路設(shè)計(jì)的方便。重復(fù)頻率的上限受器件響應(yīng)速度的限制，無(wú)論是 LED 器件還是驅(qū)動(dòng)器件，當(dāng)頻率高到一定程度，達(dá)到器件無(wú)法正常導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)候，就不能正常工作了。 LED 器件的上限工作頻率大約在十幾兆赫到數(shù)百兆赫范圍內(nèi)。 脈沖驅(qū)動(dòng)的主要應(yīng)用有兩個(gè)方面：掃描驅(qū)動(dòng)和占空比控制。掃描驅(qū)動(dòng)的主要目的是節(jié)約驅(qū)動(dòng)器，簡(jiǎn)化電路；占空比控制的目的是調(diào)節(jié)器件的發(fā)光強(qiáng)度，多用于圖象顯示中的灰度級(jí)控制。實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)脈沖驅(qū)動(dòng)僅反映 在掃描驅(qū)動(dòng)方面（偶爾僅反映在占空比控制方面），而在很多情況下掃描驅(qū)動(dòng)與占空比控制兩者兼而有之。 二、掃描驅(qū)動(dòng) 掃描驅(qū)動(dòng)通過(guò)數(shù)字邏輯電路，使若干 LED 器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動(dòng)電路。 圖 所示為用于對(duì) n 個(gè) LED 器件進(jìn)行掃描驅(qū)動(dòng)的電路。假定切換電路在切換過(guò)程中沒(méi)有時(shí)間延遲，且每個(gè) LED 的導(dǎo)通時(shí)間 ont 是相等的，則占空比 / 1/on Tnt = 。此時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流幅值 FI 應(yīng)該等于相當(dāng) 直流驅(qū)動(dòng)電流 oI 的 n 倍，才能達(dá)到與相當(dāng)直流驅(qū)動(dòng)一樣的效果。當(dāng)然， FI 之值必須小于該器件的最大允許脈沖幅值電流。這樣， n 的值就不可能取得太大，否則要不然顯示亮度不夠，要不然電流超過(guò)極限值。一般 n 最大取為 16，這是的顯示亮度大約是直流驅(qū)動(dòng)下能夠顯示的最大亮度的 1/4。這個(gè)亮度對(duì)于室內(nèi)應(yīng)用，一般是能夠滿足要求的，但對(duì)于室外應(yīng)用就不行了。室外應(yīng)用時(shí)， n 可選13 擇為 4。 圖 掃描驅(qū)動(dòng)電路 為了說(shuō)明掃描驅(qū)動(dòng)的具體形式，常用 1/n 作為參數(shù)進(jìn)行掃描。例如常說(shuō)采用 1/1/8 或 1/16 掃描方式等等。圖 給出了 1/16 掃描驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘產(chǎn)生的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行 4bit 二進(jìn)制計(jì)數(shù)，其輸出從 0000 到 1111 有 16 種取值。再通 過(guò) 4/16譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼輸出就可以直接點(diǎn)燃相應(yīng)的 LED 了（有足夠的驅(qū)動(dòng)能力的話）。 圖 1/16 掃描驅(qū)動(dòng)電路 二、組合驅(qū)動(dòng) 以上所介紹的各種驅(qū)動(dòng)方法，在實(shí)際應(yīng)用中往往實(shí)際組合在一起使用的。 LED 顯示屏是將發(fā)光燈按行按列布置的，驅(qū)動(dòng)時(shí)也按行按列驅(qū)動(dòng)。在掃描驅(qū)動(dòng)方式下按行掃描按列控制，當(dāng)然也可以按列掃描按行控制。所謂“掃描”的含義，就是指一行（列）一列（行）地循環(huán)接通整行（列）的 LED 器件，而不同這一行（列）的哪一列（行）的 LED 器件是否應(yīng)該點(diǎn)燃，也不問(wèn)它的灰度應(yīng)該是多少。某一列（行）的 LED 器件是否應(yīng)該點(diǎn)燃，以及它的灰度值大小，由所謂的列（行）“控制”電路來(lái)14 負(fù)責(zé)。 圖 所示為一個(gè) m 行 n 列結(jié)構(gòu)的 LED 顯示屏，當(dāng)采用行掃描列控制的驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，從 H1 到 Hm 輪流將高電位接通各行線，使連接到各該行的全部 LED 器件接通正電源，但具體哪一個(gè) LED 導(dǎo)通，還要看它的負(fù)電源是否接通，這就是列控制的任務(wù)了。例如在顯示屏上需要 LED11 點(diǎn)燃、 LED21 熄滅的話，在掃描到 H1 行時(shí)， L1 列的電位就應(yīng)該為低；而掃描到 H2 行時(shí) L1 列的電位就應(yīng)該為高。這樣行線上只管一行一行地輪流導(dǎo)通，列線上進(jìn)行通斷控制，實(shí)現(xiàn)了行掃描 列控制的驅(qū)動(dòng)方式。 上述列控制只控制了 LED 的通斷，如果需要進(jìn)行灰度級(jí)顯示的話，那么列控制就不是通斷控制，而是占空比控制了。這時(shí)，在當(dāng)前掃描行上，該行各 LED 器件根據(jù)所需顯示的灰度級(jí)，分別右對(duì)應(yīng)的列線給出占空比控制信號(hào)。這樣，就把掃描驅(qū)動(dòng)與占空比控制結(jié)合在一起了。 15 圖 行掃描列控制原理及波形圖 LED 器件使用注意事項(xiàng) 為了 LED 器件在應(yīng)用過(guò)程中不致?lián)p壞，應(yīng)該注意以下事項(xiàng)： 首先，是運(yùn)用過(guò)程中器件的各種參數(shù)都不得超過(guò)其最大允許值。 由于 LED 器件的反向擊穿電壓很低，所以連接時(shí)不能把它的陰極與陽(yáng)極接反， LED發(fā)光燈一般定義其長(zhǎng)引腳為陽(yáng)極，短引腳為陰極，最安全的辦法是根據(jù)手冊(cè)上器件引腳接線圖正確連接。 LED 器件的耗散功率有限，且隨環(huán)境溫度的上升而下降。因此在器件的安裝布局時(shí)，應(yīng)該遠(yuǎn)離其他發(fā)熱元件，以便保證 LED 能夠發(fā)揮它的最大功率。 焊接時(shí)應(yīng)該注意引腳的導(dǎo)熱，例如可以用鉗子夾住引腳根部進(jìn)行焊接，盡量避免引起芯片過(guò)熱造成的損害。焊接時(shí)間不宜過(guò)大，一般用 25W電烙鐵焊接時(shí)，不要超過(guò) 3~5s。 引腳跟部不允許彎曲，以免印入壓力造成芯片損壞，引 腳其他部位的成型也應(yīng)該在焊接前進(jìn)行。 LED 器件的表面封裝材料遇到丙酮等有機(jī)溶劑時(shí)可能會(huì)被溶解，影響透光性能。如需清洗器件表面時(shí)，應(yīng)按照器件生產(chǎn)廠家的說(shuō)明， 用指定的清洗劑清洗。 除電壓型 LED 器件（其內(nèi)部已經(jīng)串聯(lián)有限流電阻）外，各種 LED 器件在電壓源驅(qū)動(dòng)時(shí)，均需串入限流電阻。 16 第 3 章 LED 點(diǎn)陣圖文顯示屏 LED 顯示屏的特點(diǎn) 和很多應(yīng)用技術(shù)一樣， LED 顯示屏并沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的嚴(yán)格的定義，一般把顯示圖形 /或文字的 LED 顯示屏稱為圖文屏。這里所說(shuō)的圖形， 是指由單一亮度線條組成的任意圖形，以便與不 同亮度（灰度）點(diǎn)陣組成的圖象相區(qū)別。圖文屏的主要特點(diǎn)是只控制 LED 點(diǎn)陣中各發(fā)光器件的通斷（發(fā)光或熄滅），而不控制 LED 的發(fā)光強(qiáng)弱。 LED器件的顏色可以是單色的、雙色的，個(gè)別情況下甚至是多色的。 LED 圖文顯示屏的外觀可以作成條形，叫做條形圖文顯示屏（簡(jiǎn)稱條屏）， 也可以按一定高寬比例作成矩形的平面圖文顯示屏。其實(shí)條屏只不過(guò)是其寬度遠(yuǎn)大與高度的平面顯示屏，在控制原理上并無(wú)區(qū)別。 無(wú)論顯示圖形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在位置相對(duì)應(yīng)的 LED 器件發(fā)光。通常事先把需要顯示的圖形文字轉(zhuǎn)換成點(diǎn)陣圖形， 再按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數(shù)據(jù)。對(duì)于只控制通斷的圖文顯示屏來(lái)說(shuō)，每個(gè) LED發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的 1 位（ 1bit），在需要該 LED 器件發(fā)光時(shí)數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位填 1，否則填 0。當(dāng)然，根據(jù)控制電路的安排，相反的定義同樣是可行的。這樣依照所需顯示的圖形文字，按顯示屏的個(gè)行個(gè)列逐點(diǎn)填寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個(gè)顯示數(shù)據(jù)文件。顯示圖形的數(shù)據(jù)文件，其格式相對(duì)自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。文字的點(diǎn)陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計(jì)算機(jī)通用的字庫(kù)字模，例如漢字就有宋體、仿宋體、楷體、黑體等多種可供選擇的方案。組成一 個(gè)字的點(diǎn)陣，其大小也可以有 16*124*2 32*3 48*48 等不同規(guī)格。本次設(shè)計(jì)字的大小采用 16*16 的規(guī)格。 用點(diǎn)陣方式構(gòu)成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任意組合和變化，只要設(shè)計(jì)好合適的數(shù)據(jù)文件，就可以得到滿意的顯示效果。因而采用點(diǎn)陣式顯示屏顯示經(jīng)常需要變化的信息，是非常有效的。 條屏常用于簡(jiǎn)短明確的信息，例如顯示車站、機(jī)場(chǎng)的班次、航班信息等等，或者商廈的歡迎詞，或?qū)懽謽寝k公區(qū)的簡(jiǎn)短通知等等。 點(diǎn)陣顯示方式有適應(yīng)信息變化的優(yōu)點(diǎn)，是以點(diǎn)陣顯示器的價(jià)格和其復(fù)雜的控制電17 路為代價(jià)的。點(diǎn)陣顯示器 在整個(gè)顯示單元的所有位置上都布置了 LED 器件，而像數(shù)碼管一類的 LED 顯示器件只在需要發(fā)光的七段（或八段）位置上布置 LED 器件，其他位置是空白的。因此點(diǎn)陣顯示屏在相同面積情況下，其價(jià)格要比數(shù)碼管等貴。另一方面，由于數(shù)碼管可顯示的信息有限，只有 0~9 等幾個(gè)字符，這些字符的變化是靠組合七段 LED 的發(fā)光與否實(shí)現(xiàn)的。由于段數(shù)不多，組合形成的字符也不多，所以顯示數(shù)據(jù)和控制電路都比較簡(jiǎn)單。點(diǎn)陣顯示屏則不然，它要對(duì)點(diǎn)陣上全部 LED 進(jìn)行控制，并能生成所有可能顯示的圖形文字，其顯示數(shù)據(jù)和控制電路自然要復(fù)雜得多。因此，在有些場(chǎng)合 顯示信息雖然需要變化，但其特點(diǎn)或格式有一定變化范圍的限制，也就是說(shuō)不要求顯示任意變化的信息。 LED 顯示屏的基本結(jié)構(gòu) 顯示屏可以分成屏體和控制器兩大部分。 屏體的主要部分是顯示點(diǎn)陣，還有行列驅(qū)動(dòng)電路，或者包括其他電路（并沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，可根據(jù)需要和印刷電路的布置而定）。顯示點(diǎn)陣多采用 8*8 單色或雙色顯示單元（見(jiàn)圖 ）拼接而成。本次設(shè)計(jì)就是采用 16*160 的條屏，就需要使用 40 塊 8*8顯示單元。雖然驅(qū)動(dòng)電路和部分其他電路也裝在屏體上，但其作用我們還是結(jié)合控制電路一起進(jìn)行分析。從顯示文字的角度來(lái)看 ，一個(gè)字符（特別是漢字）也可由 16*16或 24*24 或 32*32 點(diǎn)陣組成。屏的一行可以短到只顯示幾個(gè)字，長(zhǎng)到顯示十幾、二十個(gè)字。 一塊由 M 行 N 列組成的 M*N 顯示屏，其 LED 發(fā)光器件數(shù)量相當(dāng)大，不宜使用靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路。行驅(qū)動(dòng)器一行的行線連到電源的一端，列驅(qū)動(dòng)器一列的列線連到電源的另一端。當(dāng)行驅(qū)動(dòng)選中第 i 行，列驅(qū)動(dòng)選中第 j 列時(shí)，對(duì)應(yīng)的 LED 器件根據(jù)列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)要求進(jìn)行顯示。控制電路負(fù)責(zé)有續(xù)地選擇各行，在選通每一行之前還要把該行各列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。一旦該行選通，這一行線上的 LED 發(fā)光器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。 這種時(shí)序控制電路，可以由補(bǔ)線邏輯完成。但考慮到顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和設(shè)計(jì)的靈活性及通用性，一般都采用單片機(jī)（及部分接口電路）實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單的顯示模式和顯示數(shù)據(jù)可以由下位機(jī)自身產(chǎn)生和存儲(chǔ)，復(fù)雜多變的顯示數(shù)據(jù)或顯示模式可由上位機(jī)產(chǎn)生后下載給下位機(jī)。 18 圖 LED點(diǎn)陣顯示單元 19 由于顯示屏的顯示數(shù)據(jù)只有通斷信息，而不包括灰度信息，因此數(shù)據(jù)不大。加之顯示內(nèi)容的更新速度也較慢，遠(yuǎn)比不上電視信號(hào)每秒 25 禎的變化速度。所以，上下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行異步通信方式。串行通信接口電平可根據(jù)需要選擇RS23 RS42或 RS485 標(biāo)準(zhǔn)。圖 示出了顯示屏的電路框圖。 圖 LED 顯示屏的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)概述 MCS－ 51 是 Intel 公司的單片機(jī)系列產(chǎn)品，其品種型號(hào)繁多，典型產(chǎn)品有 8051， 8031 和 8751 三種型號(hào)。它們的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要差別反映在存儲(chǔ)器的配置上有所不同。 8051 內(nèi)部設(shè)有 4K 字節(jié)的掩模 ROM 程序存儲(chǔ)器， 8031 片內(nèi)沒(méi)有