LED亮度和顏色控制

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個角落。目前，雙基色發(fā)光二極管(LED)顯示屏的生產(chǎn)制造數(shù)量比較多，其技術(shù)也相對成熟。各個企業(yè)制造的顯示屏的結(jié)構(gòu)、原理基本相似，有些專業(yè)生產(chǎn)顯示多媒體卡，因此，提高顯示屏的技術(shù)性能、降低成本是各個企業(yè)競爭的關(guān)鍵所在。

現(xiàn)在，市場上銷售的LED顯示屏的價格基本相同，但是，不同的企業(yè)生產(chǎn)的顯示屏的質(zhì)量不同，其原因是多方面的，主要有：①LED顯示模塊的質(zhì)量、亮度、亮度均勻性、封裝等技術(shù);②數(shù)據(jù)的通訊傳送方式，抗干擾能力;③顯示掃描電路電流的多點(diǎn)調(diào)整，控制每一點(diǎn)的電流。經(jīng)過多點(diǎn)調(diào)整的顯示屏不僅均勻性比較好，而且顯示圖像的亮度、顏色效果更好，專用顯示掃描電路具有比較好的顯示效果，但是價格相對較貴。

現(xiàn)在，市場上銷售的LED顯示屏是很多企業(yè)利用相同的設(shè)計技術(shù)、方法、顯示模塊生產(chǎn)的，但其性能差別比較大。顏色配比的不同，產(chǎn)生圖像效果差別就很大;模塊的掃描頻率、工作電流既影響亮度，又涉及到使用壽命等問題。因此，正確地確定各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)是制造顯示屏的關(guān)鍵所在，也可以說是顯示屏技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的體現(xiàn)。

2顯示掃描原理

各個企業(yè)制造的LED顯示屏的控制結(jié)構(gòu)有所不同，但是，顯示屏的顯示掃描電路基本相同。雙基色LED顯示屏的顯示掃描電路如圖1所示。在圖1中，IC1、IC2是數(shù)據(jù)鎖存器電路74HC595，分別鎖存紅色、綠色數(shù)據(jù)，它們的性能是：①串行輸入8位并行輸出;②數(shù)據(jù)鎖存、數(shù)據(jù)清除功能;③輸出具有比較強(qiáng)的驅(qū)動能力。電阻RPB1、RPB2是限流電阻，根據(jù)顏色和模塊的亮度來選擇他們的數(shù)值。ML1是雙色LED顯示模塊，共有8行X8列=64個LED，其中，8個引腳是紅色信號輸入端，8個引腳是綠色信號輸入端，8個引腳是行控制輸入端，共有24個引腳。三極管Q0，Q2，…Q7是行選通、驅(qū)動作用。IC3是3-8地址譯碼電路74HC138，8個選通輸出端分別控制相應(yīng)的行。圖中電路是顯示屏的原理電路，其數(shù)據(jù)傳送方式是數(shù)據(jù)傳送與行信號異步進(jìn)行：首先，同時傳送8位紅、綠顏色數(shù)據(jù)到電路IC1、IC2并將數(shù)據(jù)鎖存，然后再傳送行控制信號點(diǎn)亮一行LED，接下來重復(fù)上述操作，只是行信號移至下一行，依次到第八行為止，即是一次完整的掃描過程。

顯示掃描電路板的設(shè)計要求具有比較低的生產(chǎn)成本，因此，許多企業(yè)都設(shè)計成雙面電路板，這樣可以節(jié)省約三分之一的電路板成本。在顯示模塊的相應(yīng)尺寸范圍內(nèi)，要安放上圖中的全部元器件，其對應(yīng)的雙層印刷電路板編制具有較大難度，所以IC1電路特別適合點(diǎn)陣掃描原理的LED顯示模塊的驅(qū)動。顯示掃描電路都是采用串行方式傳送數(shù)據(jù)，這樣既可以節(jié)省電路板的位置，又適合顯示屏與計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。

3工作狀態(tài)分析

顯示掃描電路的原理是動態(tài)掃描方式，不能靜態(tài)測量其工作電流，因此，要計算出工作電流，就要分析動態(tài)參數(shù)。圖2是一個LED的工作電路圖。電路中Q8是驅(qū)動電路，正端接電源，控制端接74HC138的輸出，輸出端接LED發(fā)光二極管D，與限流電阻連接，電阻接74HC595的數(shù)據(jù)輸出端。LED的點(diǎn)亮方式是：控制74HC138的片選信號無效，為不選通，之后74HC595輸出電平，低電平為點(diǎn)亮信號，再選通74HC138，控制輸出選通信號，此時，有電流I0從Q8輸出，流過D、R1后，進(jìn)入74HC595的數(shù)據(jù)輸出端。

在圖中，Vab是加在LED上的電壓，紅、綠色高亮度發(fā)光二極管的壓降均約2～3V，Vbc是加在限流電阻兩端上的電壓，通過調(diào)節(jié)限流電阻的數(shù)值，就可以改變電路的工作電流I0，當(dāng)電阻R1=0時，電路依靠74HC595的輸出有源電阻作為限流電阻。

在掃描電路中可以看出，電路結(jié)構(gòu)比較簡單，合理地調(diào)整各個部分工作參數(shù)就能夠使電路工作在最佳狀態(tài)。在選擇電路時，還要準(zhǔn)確掌握各個公司電路的性能，以及之間的技術(shù)參數(shù)的差別。不同型號的器件技術(shù)參數(shù)也有所區(qū)別，表1是74HC595的技術(shù)參數(shù)，表中給出了TexasInstru-ments，ST，PhiliPs公司的74HC595的技術(shù)參數(shù)。在表中可以看出不同的公司生產(chǎn)的電路略有不同，因此，一塊顯示屏盡量要使用同一公司的電路器件，以免由于參數(shù)的差別影響顯示屏的顯示效果。

在表1中，Iik為輸入尖峰脈沖電流，Iok為輸出尖峰脈沖電流，I0為連續(xù)輸出電流，Vcc為最高供電電壓，fmax表示在25℃時的最大工作頻率(隨著負(fù)載電容的不同，工作頻率也不同)，ta為工作溫度。表中元件SN74HC595、M74HC595、74HC595對應(yīng)公司是TexasInstruments，ST，Philips。

4亮度和顏色的調(diào)整

4.1亮度和顏色的調(diào)整

制造大屏幕時，首先要按照亮度指標(biāo)選擇LED或者顯示模塊，其次是根據(jù)選擇的產(chǎn)品紅、綠、藍(lán)顏色的亮度比來確定哪一種顏色為基準(zhǔn)，一般是將亮度比例低的一種作為亮度基準(zhǔn)，當(dāng)基準(zhǔn)的一種已經(jīng)達(dá)到最大亮度時，調(diào)整另外一種(雙色)或兩種(全彩)。顯示屏幕是雙色時，大多數(shù)情況下以綠色為基準(zhǔn)，調(diào)整紅色二極管的工作電流。一般是降低工作電流，以平衡顏色黃色為調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)，這樣就要減小整個顯示屏幕的亮度。顯示屏的顏色調(diào)整至最佳平衡狀態(tài)，則會使屏的亮度降低。如果顯示屏幕為了達(dá)到亮度要求，將每一種顏色都達(dá)到最大的亮度，那么就失去了顏色的平衡，例如：雙色屏幕的黃顏色偏紅，或者偏綠。

TTL輸出低電平約為0.4V，若作灌電流輸入，正常的最大灌入電流為35mA，當(dāng)超過此電流時，輸出低電平升高，隨著電流的增加，輸出低電平不斷升高，即有輸出電壓大于0.4V電路仍工作正常。在顯示掃描電路中，工作電流為20mA可以滿足控制紅色的要求，因?yàn)榧t色LED的亮度比較高;綠色LED的工作電流要高于20mA，電流約在30～50mA之間，此時，74HC595的輸出電壓也要增加，其原因是74HC595有輸出電阻，而且是非線性變化。

4.2掃描頻率調(diào)整

掃描電路以動態(tài)掃描、靜態(tài)驅(qū)動的方式工作。顯示屏的掃描頻率受到顯示模塊結(jié)構(gòu)的限制，每個模塊有8×8個LED，整個顯示屏模塊的行數(shù)據(jù)全部串聯(lián)，更新一次數(shù)據(jù)時間比較長，當(dāng)掃描頻率為100Hz時，整屏的亮度就會降低。若降低屏的掃描頻率，顯示亮度降低。實(shí)驗(yàn)證明，描掃頻率與顏色的關(guān)系比較小。

5結(jié)論

經(jīng)過對雙色LED顯示屏的設(shè)計和分析，有效地調(diào)整了電路的技術(shù)參數(shù)，得到比較好的顯示效果。事實(shí)證明，合理地分析電路的技術(shù)特性，使電路處于最佳的工作狀態(tài)，將能達(dá)到理想的顯示效果。選擇不同公司的74HC595電路，顯示效果有區(qū)別，在一塊顯示屏中，盡量要選擇相同的電路，避免由電路參數(shù)不同影響顯示效果。顯示屏的設(shè)計和制造的重要條件是生產(chǎn)成本，因此，在選擇元器件的過程中，在滿足要求的情況下，選擇價格低的。在

本文的技術(shù)設(shè)計和分析的基礎(chǔ)上，將顯示屏的電路調(diào)節(jié)到最佳效果，制造出性能/價格比高的顯示屏，具有市場競爭力。雖然LED在生活中處處可見，但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計人員擁有更加專業(yè)的知識儲備，這樣才能設(shè)計出更加符合生活所需的產(chǎn)品。