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基于TLC5902的LED图像显示屏的驱动控制

   1 TLC5902的主要特点

LED图像显示屏是具有灰度级显示功能的器件,其中单色图像显示屏可产生带深浅过渡的单色画面。而多色图像显示屏由于每一种基色的灰度级均可单独控制,因而可得到从白到黑的各种不同颜色的组合。这样不仅可实现深浅过渡的效果,还可形成多种丰富的色彩。相对一般的LED图文屏来说,LED图像屏显示的画面更加生动逼真,因而在公共传媒中具有更好的实用价值。

TLC5902是美国Texas Instruments公司生产的专门用于显示灰度图像的LED驱动芯片。该芯片驱动恒定电流的准确性为±1%,并具有工作状态监控功能(WTD)及热关断(TSD)功能,它可在温度超过极限时自动断电,因而可保护发光管不受损坏。其较高的恒定电流准确性可以有效延长发光管的寿命,同时其TQFP100封装也可使驱动板面积大为减少。TLC5902的主要特征如下:

●具有80mA×16bit或120mA×8bit的驱动能力与输出位数;
图1
    ●恒流输出端的输出电流0~40mA时,输出为0.4V;而输出电流为40~80mA时,输出为0.7V;

●带有8位脉宽调制256级灰度显示;

●其32级输出电流亮度调节功能,可用于调节各LED之间的亮度差;

●带有WTD及TSD保护功能;

●带有与时钟同步的8位并行输入,用于共阳极LED的驱动;

●电源电压为4.5V~5.5V;

●最大数据传输速度为15MHz;

●最大灰度极时钟频率为4 MHz;

●环境温度范围为-20℃~85℃;

●采用HTQFP100脚封装的引脚排列见图1。
2 灰度级控制

TLC5902内含16×8位移位寄存器和数据锁存器,可用于对8位并行数据进行移位并锁存16个8位数据。移位寄存器的输入由数据输入端DIN0~DIN7提供,移位溢出的数据则由DOUT0~DOUT7输出,同时送到下一个芯片以形成多片级联。ENABLE是移位寄存器的使能信号,DCLK是移位寄存器的移位时钟。LATCH是数据锁存器的锁存信号,该端为高时传输数据;为低时,移位寄存器的输出将被打入数据锁存器。由于亮度控制数据和灰度控制数据都是从DIN0~DIN7输入的,为了区别输入数据的性质,可用RSEL作为移位寄存器锁存器的输入数据选择信号。当RSEL为高时,移位寄存器锁存器把输入数据定义为亮度控制数据;而当RSEL为低时,则将其定义为灰度级控制数据。TLC5902芯片内有一个专用的8位灰度级计数器,可用来对灰度级计数时钟GSCLK进行计数。另外还有一个16×8位的比较器,可用于对每一列锁存的8位灰度级数据和8位GSCLK计数值进行比较,若两者相等则停止输出恒流,从而实现有效显示时间的控制。16列的输出可由16位恒流驱动器提供,MODF脚为高时输出为16位方式,MODE为低时输出为8位方式,恒流控制的参考电流可由IREF脚上的外接电阻来确定。

3 TLC5902的应用电路

图2是一个LED图像显示屏的系统结构框图,其中LED屏体点阵数为160列×80行,可显示256级灰度的单色图象,扫描方式采用1/16,显示帧频率为120MHz。当扫描控制器接收到显示数据后,可产生各种显示控制信号。从电路组成来看,它主要由可编程逻辑器件CPLD、本地时钟晶振、数据存储器RAM及用于存储显示单元参数和扫描控制器逻辑功能的EPROM等组成。该电路可以对接收到的数据进行分割、存储、灰度扫描,并按特定的方式把数据输出到显示屏体以供驱动显示。显示控制单元选用TLC5902,其恒流输出工作于16位方式。这样,一片TLC9502可以控制16行、每行16列的显示,该屏总共需要50片。

控制类度级的主要信号有输入输出数据(DIN0~DIN7、DOUT0~DOUT7、OUT0~OUT15)、输出锁存信号LATCH、移位时钟DCLK、移位使能信号ENABLE、占空比控制时钟GSCLK。这些信号线在一行结构内的连接如图3所示。
    该图像屏可分为5行10列共50个16×16点阵模块,当移位使能信号ENABLE为低时,8位灰度级显示数据将从DIN7~DIN0并行输入,并在DCLK移位时钟脉冲的作用下打入芯片的移位寄存器,当移位16次后,数据将从该芯片的DOUT7~DOUT0输出到下一芯片。一直串行移位160次就可完成第一行模块中第一行数据的传输。依次类推,直到第5行模块的第一行数据传输完成后,通过锁存脉冲LATCH即可将各芯片移位到位的16列、每列8位显示数据打入锁存器,这时只要输出控制信号BLANK为低,并给出同名行的行选通信号同时使输出开放,各列即可开始输出恒流,同时8位计数器开始对灰度级时钟GSCLK进行计数,当计数值与该列所存储的灰度值相等时,该列的恒流输出结束,从而实现相应LED的显示时间控制,即占空比控制。

根据各部分同名行的全部传输时间等于该同名行的显示时间,可以得到行周期和点(列)周期的值,即行周期=帧周期/扫描方式的行数,点周期=行周期/(每行点数×部分数)。若帧频为120Hz,则帧周期为1/120s=8.33ms,根据扫描方式为1/16可将80行分为5个16行,每行160列,这样,行周期即为520.8μs;点周期为651.04ns;点频为1.54Hz。

实践证明,采用TLC5902驱动芯片驱动的图像显示屏具有亮度和色度均匀,无马赛克现象,显示效果良好等优点。

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