LED亮度和颜色控制

现在大街上随处可见的LED显示屏，还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯，处处可见LED灯的身影，LED已经融入到生活中的每一个角落。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，也可以说是显示屏技术经验的体现。

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，然后再传送行控制信号点亮一行LED，接下来重复上述操作，只是行信号移至下一行，依次到第八行为止，即是一次完整的扫描过程。

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TexasInstru-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TexasInstruments，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。虽然LED在生活中处处可见，但是LED也还有一些不足需要我们的设计人员拥有更加专业的知识储备，这样才能设计出更加符合生活所需的产品。