第二章发光二极管显示器件的接口技术重点难点动态扫描发光二极管LED 尽管尽管LCD(液晶液晶)显示器的应用已越来越多，但目前的中低显示器的应用已越来越多，但目前的中低端测控系统中，端测控系统中，LED(发光二极管发光二极管)仍占有主要地位仍占有主要地位主要原因有以下几个：主要原因有以下几个：1)LED接口简单；接口简单；2)LED自发光且亮度高，即便在室外仍具自发光且亮度高，即便在室外仍具有很好的可见度；有很好的可见度；3)容易做大，十几平方米的大容易做大，十几平方米的大LED屏已屏已很普遍；很普遍；4)本钱低、寿命长本钱低、寿命长电气特性电气特性驱动电流一般为驱动电流一般为320mA导通时管压降一般导通时管压降一般2V左右左右显示驱动方式显示驱动方式静态显示：用于信息少静态显示：用于信息少动态显示：用于信息多动态显示：用于信息多2.1 静态显示常采用的常采用的常采用的常采用的驱动器件驱动器件驱动器件驱动器件7406、7407专用驱动电路如ULN2003/2021,74HC373等有些单片机可直接驱动拉电流，灌电流注：高电平时的输出电流远小于低电平时的注入电流2.1 静态显示1发光二极管类型：超高亮: 1.7V1.9V, 设计电流通常选为15mA高亮: 1.6V1.8V，设计电流通常选为12mA普亮：1.4V1.7V，设计电流通常选为8mA设计电流的选择应根据设计电流的选择应根据应用环境及对亮度的要求应用环境及对亮度的要求来定来定常采用的驱动电路常采用的驱动电路常采用的驱动电路常采用的驱动电路7406、7407专用驱动电路如ULN2003/2021,74HC373、244、245 74LS244/245等有些单片机可直接驱动2发光二极管的特性 由于LED的电流特性为近似的恒压器件，导通电流I在其导通阀值附近快速增大，所以必须加限流电阻控制电流值。
IVVt近似的恒压特性，使用时需串接限流电阻近似的恒压特性，使用时需串接限流电阻注意：注意：大多数单管大多数单管LEDLED不应在超过不应在超过50mA50mA的情况下长时间工作的情况下长时间工作3限流电阻的计算限流电阻的计算VCC7406R例例1 1：某超高亮：某超高亮LED,5VLED,5V工作，工作电流为工作，工作电流为8mA8mA，导通压，导通压降为降为1.7V,1.7V,电路如以下图电路如以下图驱动器件的低电平输出电压工作电流器件选用 v高电平输出驱动与低电平输出驱动，器件选用和计算方法有所不同v 74LS04:高电平输出时，可以流出最大0.4mA的电流，而低电平输出时，可以注入最大8mA的电流 74LS594的高电平输出时，可以流出最大2.6mA的电流，而低电平输出时，可以注入最大24mA的电流v74LS244:高电平输出时，可以流出最大15mA的电流，而低电平输出时，可以注入最大24mA的电流 器件选用 v对需要更大输出电流、更高输出电压时，还可选择高压输出的OC门驱动器7406/7407v7406/7407器件低电平时的注入电流可达40mA，高电平输出时，可耐压30V。
v专用驱动器ULN2003/ ULN2803/ULN2023/ULN2823更适合LED的大电流驱动，导通时可注入500mA的极限电流，可在300mA电流下长期工作，高电平输出耐压可达50V(ULN2003/ULN2803)或95V(ULN2023/ULN2823)v高电平时的输出电流远小于低电平时的注入电流高电平时的输出电流远小于低电平时的注入电流v所以，一般情况下应使用低电平驱动方式应使用低电平驱动方式 例例2 2：某室外：某室外LEDLED数码显示块，每段由数码显示块，每段由100100个个LEDLED组成，超高亮组成，超高亮LEDLED，工作电流为，工作电流为15mA15mA，导通压降为，导通压降为1.4V,1.4V,选用选用ULN2003ULN2003驱动驱动ULN2003工作电压不超过50伏选用1/2W的阻值为1K ,35=25*1.4+50V2003VD1VD25ULN2003+48V4 驱动器的选择驱动器的选择要考虑到要考虑到2个参数个参数1驱动电流大于等于LED的工作电流 7406、7407注入电流为40mA ULN2003注入电流为300mA2耐压值大于等于驱动电压 7406、7407耐压值为30V ULN2003耐压值为50V5 LED数码管abcdefgdp共阴极LED共阳极LED需注意的问题：需注意的问题：1小数点的驱动小数点的驱动导通压降较低和工作电流较小导通压降较低和工作电流较小2共阴极共阴极LED限流电阻的计算限流电阻的计算阳极驱动电压阳极驱动电压 专用的驱动器，高电平输出一般在专用的驱动器，高电平输出一般在4.5V左右左右 大多数大多数TTL器件，高电平输出一般在器件，高电平输出一般在3.5V或更低或更低清零清零D1移位脉冲移位脉冲23413Q1Q2RD000000010010 010 011 1010 011011QJKF0Q0QJKF2QJKF1QJKF3QJ0=1 K0=0 J1=0 K1=1J2=0 K2=1 J3=0 K3=1J0=0 K0=1 J1=1 K1=0J2=0 K2=1 J3=0 K3=1J0=1 K0=0 J1=0 K1=1J2=1 K2=0 J3=0 K3=1J0=1 K0=0 J1=1 K1=0J2=0 K2=1 J3=1 K3=0101 1左移存放器左移存放器6使用串行芯片的静态显示使用静态方式，通常使用移位存放器扩展显示位数。
常用的移位存放器有74HC164/165，74HC594等多片移位存放器可串联使用带输出存放器的8位移位存放器74HC594更适合LED静态显示，由于移位和存储存放器都提供了别离的时钟，即便级联了很多片74HC594，显示过程也不会出现闪烁现象 图2.5 74HC594的级联使用及LED显示驱动2.2 LED的动态刷新显示本章重点难点LED显示方式显示方式1静态显示静态显示 同时点亮，硬件较多，软件设计简单同时点亮，硬件较多，软件设计简单;静态的静态的LED显示将耗用大量的显示将耗用大量的I/O端口和驱动、限流电路端口和驱动、限流电路如要显示如要显示10个个24点阵汉字的单色显示屏，将需要点阵汉字的单色显示屏，将需要720个个8位位I/O口口 2动态显示动态显示 轮流点亮，节省硬件，软件相对复杂轮流点亮，节省硬件，软件相对复杂 数码管较多，或为点阵显示屏时，常采用矩阵扫数码管较多，或为点阵显示屏时，常采用矩阵扫描方式描方式注意两种方法的应用场合注意两种方法的应用场合视觉暂留v人眼的视觉暂留特点，当显示刷新的频率高于某一值时，人眼将觉察不到闪烁对LED显示刷新而言，刷新频率不能低于50次/秒。
高于60次/秒将使视觉更舒服v1、动态显示的本卷须知v1动态扫描频率不能低于50HZv(2)要保证通过LED的瞬时电流不超过其峰值电流;显示亮度由流过一个发光二极管的平均电流决定建议：软件扫描行数不能超过建议：软件扫描行数不能超过16行，硬件扫描可提高行，硬件扫描可提高到到32行行2扫描的行数：要保证通过扫描的行数：要保证通过LED的瞬时电流不超过其峰值电流的瞬时电流不超过其峰值电流行扫描线以高电平驱动，列扫描线以低电平驱动，通常以逐行扫描行扫描线以高电平驱动，列扫描线以低电平驱动，通常以逐行扫描方式工作方式工作(以共阳显示块为例以共阳显示块为例)，即一次扫描一行当一行高电平选，即一次扫描一行当一行高电平选中时，对应位置的发光二极管是否点亮由列扫描线是否处于低电平中时，对应位置的发光二极管是否点亮由列扫描线是否处于低电平决定适当延时后，切换到下一行显示，显示亮度由流过一个发光决定适当延时后，切换到下一行显示，显示亮度由流过一个发光二极管的平均电流决定二极管的平均电流决定 动态扫描动态扫描v注意：为了到达足够的平均电流，必须给发光二极管提供足够的瞬时电流 v 假设扫描行数为16行，LED 段平均电流为8mA，以十六行扫描作为一个扫描周期为例 v 那么段瞬时电流应为8*16=128mAv但由于对大多数单个LED而言，大于200mA的峰值电流，可能对器件造成永久损伤，特别是当扫描电路工作异常而引起停扫时，50mA以上的电流即可能引起LED的永久损坏。
通常硬件扫描引起停扫的可能性比软件扫描小得多，所以建议使用硬件扫描 2、16路动态显示驱动电路举例路动态显示驱动电路举例RXDTXDP1.0QAQHQH/SCLKSRCLKSERQAQHQH/SCLKSRCLKSER74HC594驱动驱动与与限流限流LEDLED阵列阵列或或数码块数码块A AB BC CD D/Y0/Y0/Y15/Y15220330VCC行驱动行驱动 或或位驱动位驱动ULN2003图图2.10动态动态LED显示驱动电路显示驱动电路(共阳极共阳极1限流电阻的计算：限流电阻的计算： 设段平均电流为设段平均电流为8mA，16路，路，VCC=5V,VT1(锗材料锗材料)导通压降为导通压降为0.3V，ULN2003导通压降为导通压降为0.3V，高亮，高亮LED 导通管压降为导通管压降为1.6V 2行驱动电流的计算：行驱动电流的计算： 设设16路，段平均电流为路，段平均电流为4mA ，80列超高亮列超高亮LED点阵，那么全亮时三级管应提供的行驱动电流为点阵，那么全亮时三级管应提供的行驱动电流为 根据行驱动电流选择三极管根据行驱动电流选择三极管ULN2003可直接与单片机并行口直接相连可直接与单片机并行口直接相连 驱动少量数码管时，可直接使用单片机并行驱动少量数码管时，可直接使用单片机并行I/O端口连接驱动和限流局部端口连接驱动和限流局部大多数大多数LED专用驱动芯片，都是用于共阴极数码管专用驱动芯片，都是用于共阴极数码管SE-ASE-BSE-CSE-DSE-ESE-FSE-GULN2003P1.0P1.0P1.1P1.1P1.2P1.2P1.3P1.3A AB BC CD D/LT/LT/BI/BILELEV VCCCC45114511IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7COM图图2.11译码输出动态译码输出动态LED显示驱动电路显示驱动电路3、单色、双色、三色显示、单色、双色、三色显示红绿双色红绿双色LED为多，红绿双色同时点亮或交替点为多，红绿双色同时点亮或交替点亮时，便显示橙色，所以实际为三色显示亮时，便显示橙色，所以实际为三色显示 2脚三色脚三色3脚三色脚三色1共阴双色驱动电路共阴双色驱动电路RXDTXDP1.0QAQHQH/SCLKSRCLKSERQAQHQH/SCLKSRCLKSER74HC594驱动驱动与与限流限流A AB BC CD D/Y0/Y0/Y15/Y15220330VCCULN2003220330用用2个不同的行驱动个不同的行驱动图图2.12共阴极双色共阴极双色动态动态LED显示驱动电路显示驱动电路2共阳双色驱动电路共阳双色驱动电路RXDTXDP1.0QAQHQH/SCLKSRCLKSERQAQHQH/SCLKSRCLKSER74HC594驱动驱动与与限流限流A AB BC CD D/Y0/Y0/Y15/Y15220330VCCULN2003驱动驱动与与限流限流看做看做2个不同的列个不同的列图图2.12共阳极双共阳极双色动态色动态LED显示驱动电路显示驱动电路2.3动态显示刷新的专用模块v动态刷新的方法软件刷新软件刷新占用占用CPUCPU时间，可靠性差时间，可靠性差硬件刷新硬件刷新82798279，MAX7219/7221MAX7219/7221等等82798279并行接口，需外接显示驱动电路见并行接口，需外接显示驱动电路见P37 P37 图图2.142.14MAX7219 MAX7219 串行接口，具有刷新、驱动功能，串行接口，具有刷新、驱动功能， 可直接驱动可直接驱动8 8个共个共 阴极阴极LEDLED数码管，可级联使用数码管，可级。