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LED显示屏亮度和颜色的调整方法
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    介绍了双基色LED显示屏的扫描原理、扫描电路及其调整方法。分析了扫描电路驱动74HC595的技术参数及工作状态,给出了3个公司的74HC595的技术参数表,并对参数进行了分析。
1 引 言
目前,双基色发光二极管(LED)显示屏的生产制造数量比较多,其技术也相对成熟。各个企业制造的显示屏的结构、原理基本相似,有些专业生产显示多媒体卡,因此,提高显示屏的技术性能、降低成本是各个企业竞争的关键所在。现在,市场上销售的LED显示屏的价格基本相同,但是,不同的企业生产的显示屏的质量不同,其原因是多方面的,主要有:①LED显示模块的质量、亮度、亮度均匀性、封装等技术;②数据的通讯传送方式,抗干扰能力;③显示扫描电路电流的多点调整,控制每一点的电流。经过多点调整的显示屏不仅均匀性比较好,而且显示图像的亮度、颜色效果更好,专用显示扫描电路具有比较好的显示效果,但是价格相对较贵。
现在,市场上销售的LED显示屏是很多企业利用相同的设计技术、方法、显示模块生产的,但其性能差别比较大。颜色配比的不同,产生图像效果差别就很大;模块的扫描频率、工作电流既影响亮度,又涉及到使用寿命等问题。因此,正确地确定各项技术参数是制造显示屏的关键所在,也可以说是技术经验的体现。
2 显示扫描原理
各个企业制造的LED显示屏的控制结构有所不同,但是,显示屏的显示扫描电路基本相同。双基色LED显示屏的显示扫描电路如图1所示。在图1中,IC1、IC2是数据锁存器电路74HC595,分别锁存红色、绿色数据,它们的性能是:①串行输入8位并行输出;②数据锁存、数据清除功能;③输出具有比较强的驱动能力。电阻RPB1、RPB2是限流电阻,根据颜色和模块的亮度来选择他们的数值。ML1是双色LED显示模块,共有8行X8列=64个LED,其中,8个引脚是红色信号输入端,8个引脚是绿色信号输入端,8个引脚是行控制输入端,共有24个引脚。三极管 Q0,Q2,…Q7是行选通、驱动作用。IC3是3-8地址译码电路74HC138,8个选通输出端分别控制相应的行。图中电路是显示屏的原理电路,其数据传送方式是数据传送与行信号异步进行:首先,同时传送8位红、绿颜色数据到电路IC1、IC2并将数据锁存,然后再传送锌刂菩藕诺懔烈恍校蹋牛模酉吕粗馗瓷鲜霾僮鳎皇切行藕乓浦料乱恍校来蔚降诎诵形梗词且淮瓮暾纳韫獭?br> 显示扫描电路板的设计要求具有比较低的生产成本,因此,许多企业都设计成双面电路板,这样可以节省约三分之一的电路板成本。在显示模块的相应尺寸范围内,要安放上图中的全部元器件,其对应的双层印刷电路板编制具有较大难度,所以IC1电路特别适合点阵扫描原理的LED显示模块的驱动。显示扫描电路都是采用串行方式传送数据,这样既可以节省电路板的位置,又适合显示屏与计算机之间的数据传送。
3 工作状态分析
显示扫描电路的原理是动态扫描方式,不能静态测量其工作电流,因此,要计算出工作电流,就要分析动态参数。图2是一个LED的工作电路图。电路中Q8是驱动电路,正端接电源,控制端接74HC138的输出,输出端接LED发光二极管D,与限流电阻连接,电阻接74HC595的数据输出端。LED的点亮方式是:控制74HC138的片选信号无效,为不选通,之后74HC595输出电平,低电平为点亮信号,再选通74HC138,控制输出选通信号,此时,有电流I0从Q8输出,流过D、R1后,进入74HC595的数据输出端。
在图中,Vab是加在LED上的电压,红、绿色高亮度发光二极管的压降均约2~3V,Vbc是加在限流电阻两端上的电压,通过调节限流电阻的数值,就可以改变电路的工作电流I0,当电阻R1=0时,电路依靠74HC595的输出有源电阻作为限流电阻。
在扫描电路中可以看出,电路结构比较简单,合理地调整各个部分工作参数就能够使电路工作在最佳状态。在选择电路时,还要准确掌握各个公司电路的性能,以及之间的技术参数的差别。不同型号的器件技术参数也有所区别,表1是74HC595的技术参数,表中给出了Texas Instru-ments,ST,PhiliPs公司的74HC595的技术参数。在表中可以看出不同的公司生产的电路略有不同,因此,一块显示屏尽量要使用同一公司的电路器件,以免由于参数的差别影响显示屏的显示效果。
在表1中,Iik为输入尖峰脉冲电流,Iok为输出尖峰脉冲电流,I0为连续输出电流,Vcc为最高供电电压,fmax表示在25℃时的最大工作频率(随着负载电容的不同,工作频率也不同),ta为工作温度。表中元件SN74HC595、M74HC595、74HC595对应公司是Texas Instruments,ST,Philips。
4 亮度和颜色的调整
4.1 亮度和颜色的调整
制造大屏幕时,首先要按照亮度指标选择LED或者显示模块,其次是根据选择的产品红、绿、蓝颜色的亮度比来确定哪一种颜色为基准,一般是将亮度比例低的一种作为亮度基准,当基准的一种已经达到最大亮度时,调整另外一种(双色)或两种(全彩)。显示屏幕是双色时,大多数情况下以绿色为基准,调整红色二极管的工作电流。一般是降低工作电流,以平衡颜色黄色为调整标准,这样就要减小整个显示屏幕的亮度。显示屏的颜色调整至最佳平衡状态,则会使屏的亮度降低。如果显示屏幕为了达到亮度要求,将每一种颜色都达到最大的亮度,那么就失去了颜色的平衡,例如:双色屏幕的黄颜色偏红,或者偏绿。
TTL输出低电平约为0.4V,若作灌电流输入,正常的最大灌入电流为35mA,当超过此电流时,输出低电平升高,随着电流的增加,输出低电平不断升高,即有输出电压大于0.4V电路仍工作正常。在显示扫描电路中,工作电流为20mA可以满足控制红色的要求,因为红色LED的亮度比较高;绿色LED的工作电流要高于20mA,电流约在30~50mA之间,此时,74HC595的输出电压也要增加,其原因是74HC595有输出电阻,而且是非线性变化。
4.2 扫描频率调整
扫描电路以动态扫描、静态驱动的方式工作。显示屏的扫描频率受到显示模块结构的限制,每个模块有8×8个LED,整个显示屏模块的行数据全部串联,更新一次数据时间比较长,当扫描频率为100Hz时,整屏的亮度就会降低。若降低屏的扫描频率,显示亮度降低。实验证明,描扫频率与颜色的关系比较小。
5 结论
经过对双色LED显示屏的设计和分析,有效地调整了电路的技术参数,得到比较好的显示效果。事实证明,合理地分析电路的技术特性,使电路处于最佳的工作状态,将能达到理想的显示效果。选择不同公司的74HC595电路,显示效果有区别,在一块显示屏中,尽量要选择相同的电路,避免由电路参数不同影响显示效果。
显示屏的设计和制造的重要条件是生产成本,因此,在选择元器件的过程中,在满足要求的情况下,选择价格低的。在本文的技术设计和分析的基础上,将显示屏的电路调节到最佳效果,制造出性能/价格比高的显示屏,具有市场竞争力。

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