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新型LED显示屏模组设计介绍

LED特性

LED全称发光二很管,是一种能自发光的半导体电子元件。因为不同半导体材料中空穴和自由电子所含有的能量不一样,所以我们使用不同材料生产出来的 LED的发光颜色也不一样。基于此,人们利用不同材料制作出了发光颜色各异的LED显示屏,其中较常见的为红色、蓝色与绿色。使用这三种颜色的LED可以组合 成任意的颜色。常见的半导体材料及其发光颜色如表1所示。

表1 LED材料与颜色关系
半导体材料 化学式 颜色
铝砷化稼、砷化稼、砷化稼、磷化物磷化锢稼、铝磷化稼(掺杂氧化锌) AIGaAs, GaAsP, A1GaInP、GaP:ZnO 红色及红外线
铝磷化稼、锢氮化稼/氮化稼、磷化稼、磷化锢稼铝、铝磷化稼 InGaN/GaN, GaP, A1GaInP,AIGaP 绿色
磷砷化稼 GaAsP 红色、橘红色、黄色
磷化稼、硒化锌、锢氮化稼、碳化硅 GaP, ZnSe, InGaN, SiC 红色、黄色、绿色
氮化稼 GaN 绿色、翠绿色、蓝色
碳化硅(用作衬底) SiC 蓝色
蓝宝石(用作衬底) Al2O3 蓝色
硒化锌 ZnSe 蓝色
钻石 C 紫外线

与其他光源相比,LED具有工作电流小、价格便宜、控制方便、亮度高、防水效果好、安全性好、维护简单等特点。因为其所具有这些特点,LED在越来越多的场合被使用。同时随着LED显示技术的不断发展,LED的优点(比如光效)还在进一步增强,同时其价格也在不断降低,可见在不远的未来,LED将出现在我们生活的各个角落。

新型LED显示屏模组

原理图

该新型LED模组由74HC245芯片、TLC5929芯片、RGBLED灯管等构成,原理图如图3.1所示。

图3.1新型LED棋组原理图

由上面的原理图可以看出,JP1为该模组的16pin信号输入端。DCLK为时钟信号输入端,DLATCH为锁存信号输入端,DOE为片选信号输入端,DRO,DBO,DGO,DRl,DB1,DG1为显示数据输入端。信号到达该模组后,首先经过一个74HC245芯片Ul,该芯片是一种常用的驱动器,三态输出八路收发器,主要目的是增加驱动能力。控制信号与显示数据经过74HC245芯片之后,送到TLC5929芯片,该芯片是一种16通道恒定电流汇很LED驱动器。主要作用是将串行显示数据按照CLK转换成并行显示数据。转换之后的并行显示数据加到D1~D64LED灯管上,从而使得LED灯管发亮。由上图可见,该模组有64组LED灯管,每组灯管较多可以有3个红色LED灯管、2个蓝色LED灯管、1个绿色LED灯管。锁存信号、时钟信号、片选信号己经RGB信号经TLC5929输出后,通过一个74HC245芯片,经JP2口输入到下一级模组。

该模组与通常使用的LED模组相比有着以下的优点:

1、使用TLC5929芯片,该芯片是一种具有16通道恒定电流的LED驱动芯片。相对于一般模组上使用的MBI5034芯片,该芯片有着功耗低、控制方式灵活、响应快等优点;

2、每颗LED等都有对应的芯片驱动,无需进行扫描显示。与行扫描的模组相比,该模组有着更好的显示效果。

新型LED显示屏模组侧试

根据上述原理图制作而成的LED模组如图3.2所示:

图3.2新型LED模组

由上图可以看出该模组的分辨率为8*8,每组LED灯管由一个红色LED灯管、一个蓝色LED灯管以及一个绿色LED灯管组成。我们使用FPGA编程对其进行点亮测试,该模组测试模块的仿真图如图3.3与图3.4所示:

图3.3模组测试模块仿真波形图1
图3.4模组侧试棋块仿真波形图2

上图中,LAT为模组锁存信号,OE为片选信号,SCLK为时钟信号,r.g,b分别为三个数据输入端。可以看出在100ns}375ns之间,写LED模组上TLC5929的状态寄存器,使其为16'b1110011001111111,即默认值。写完状态寄存器之后,接着将rgb三个输入信号置1,然后配合TLC5929工作时序,写入显示数据,将整个LED模组点亮。

测试模块实际工作时用逻辑分析仪测得的波形图如图3.5与图3.6所示:

图3.5模组仿真模块实测波形图1
图3.6模组仿真模块实测波形图2

将实际测得的波形图与仿真波形图对比,发现实际与理论的波形一致,表明该测试模块可以完成点亮LED模组的功能,实际测试中LED模组点亮的图如图3.7所示:

图3.7新型LED模组点亮测试图

通过测试可以看出,该基于TLC5929的新型LED模组可以正常工作,相对于普通模组,其有着更快的响应速度,且每个LED都有对应的驱动芯片,整体点亮时不需要进行行扫描,有着更好的显示效果。

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