基于TLC5902的LED圖像顯示屏的驅(qū)動(dòng)控制

    摘要：TLC5902是美國(guó)Texas Instruments公司生產(chǎn)的專門用于圖像顯示的LED驅(qū)動(dòng)芯片，該器件集移位寄存器、數(shù)據(jù)鎖存器于一體，同時(shí)帶有電流值調(diào)整恒流電路以及脈寬調(diào)制256級(jí)灰度顯示恒流驅(qū)動(dòng)器。文中介紹了該器件的主要功能及實(shí)際應(yīng)用方法。

    關(guān)鍵詞：TLC5902  灰度級(jí)  LED  圖像

1 TLC5902的主要特點(diǎn)

LED圖像顯示屏是具有灰度級(jí)顯示功能的器件，其中單色圖像顯示屏可產(chǎn)生帶深淺過渡的單色畫面。而多色圖像顯示屏由于每一種基色的灰度級(jí)均可單獨(dú)控制，因而可得到從白到黑的各種不同顏色的組合。這樣不僅可實(shí)現(xiàn)深淺過渡的效果，還可形成多種豐富的色彩。相對(duì)一般的LED圖文屏來說，LED圖像屏顯示的畫面更加生動(dòng)逼真，因而在公共傳媒中具有更好的實(shí)用價(jià)值。

TLC5902是美國(guó)Texas Instruments公司生產(chǎn)的專門用于顯示灰度圖像的LED驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片驅(qū)動(dòng)恒定電流的準(zhǔn)確性為±1%，并具有工作狀態(tài)監(jiān)控功能（WTD）及熱關(guān)斷（TSD）功能，它可在溫度超過極限時(shí)自動(dòng)斷電，因而可保護(hù)發(fā)光管不受損壞。其較高的恒定電流準(zhǔn)確性可以有效延長(zhǎng)發(fā)光管的壽命，同時(shí)其TQFP100封裝也可使驅(qū)動(dòng)板面積大為減少。TLC5902的主要特征如下：

●具有80mA×16bit或120mA×8bit的驅(qū)動(dòng)能力與輸出位數(shù)；

圖1

    ●恒流輸出端的輸出電流0～40mA時(shí)，輸出為0.4V；而輸出電流為40～80mA時(shí)，輸出為0.7V；

●帶有8位脈寬調(diào)制256級(jí)灰度顯示；

●其32級(jí)輸出電流亮度調(diào)節(jié)功能，可用于調(diào)節(jié)各LED之間的亮度差；

●帶有WTD及TSD保護(hù)功能；

●帶有與時(shí)鐘同步的8位并行輸入，用于共陽極LED的驅(qū)動(dòng)；

●電源電壓為4.5V～5.5V；

●最大數(shù)據(jù)傳輸速度為15MHz；

●最大灰度極時(shí)鐘頻率為4 MHz；

●環(huán)境溫度范圍為-20℃～85℃；

●采用HTQFP100腳封裝的引腳排列見圖1。

2 灰度級(jí)控制

TLC5902內(nèi)含16×8位移位寄存器和數(shù)據(jù)鎖存器，可用于對(duì)8位并行數(shù)據(jù)進(jìn)行移位并鎖存16個(gè)8位數(shù)據(jù)。移位寄存器的輸入由數(shù)據(jù)輸入端DIN0～DIN7提供，移位溢出的數(shù)據(jù)則由DOUT0～DOUT7輸出，同時(shí)送到下一個(gè)芯片以形成多片級(jí)聯(lián)。ENABLE是移位寄存器的使能信號(hào)，DCLK是移位寄存器的移位時(shí)鐘。LATCH是數(shù)據(jù)鎖存器的鎖存信號(hào)，該端為高時(shí)傳輸數(shù)據(jù)；為低時(shí)，移位寄存器的輸出將被打入數(shù)據(jù)鎖存器。由于亮度控制數(shù)據(jù)和灰度控制數(shù)據(jù)都是從DIN0～DIN7輸入的，為了區(qū)別輸入數(shù)據(jù)的性質(zhì)，可用RSEL作為移位寄存器鎖存器的輸入數(shù)據(jù)選擇信號(hào)。當(dāng)RSEL為高時(shí)，移位寄存器鎖存器把輸入數(shù)據(jù)定義為亮度控制數(shù)據(jù)；而當(dāng)RSEL為低時(shí)，則將其定義為灰度級(jí)控制數(shù)據(jù)。TLC5902芯片內(nèi)有一個(gè)專用的8位灰度級(jí)計(jì)數(shù)器，可用來對(duì)灰度級(jí)計(jì)數(shù)時(shí)鐘GSCLK進(jìn)行計(jì)數(shù)。另外還有一個(gè)16×8位的比較器，可用于對(duì)每一列鎖存的8位灰度級(jí)數(shù)據(jù)和8位GSCLK計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，若兩者相等則停止輸出恒流，從而實(shí)現(xiàn)有效顯示時(shí)間的控制。16列的輸出可由16位恒流驅(qū)動(dòng)器提供，MODF腳為高時(shí)輸出為16位方式，MODE為低時(shí)輸出為8位方式，恒流控制的參考電流可由IREF腳上的外接電阻來確定。

3 TLC5902的應(yīng)用電路

圖2是一個(gè)LED圖像顯示屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，其中LED屏體點(diǎn)陣數(shù)為160列×80行，可顯示256級(jí)灰度的單色圖象，掃描方式采用1/16，顯示幀頻率為120MHz。當(dāng)掃描控制器接收到顯示數(shù)據(jù)后，可產(chǎn)生各種顯示控制信號(hào)。從電路組成來看，它主要由可編程邏輯器件CPLD、本地時(shí)鐘晶振、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM及用于存儲(chǔ)顯示單元參數(shù)和掃描控制器邏輯功能的EPROM等組成。該電路可以對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割、存儲(chǔ)、灰度掃描，并按特定的方式把數(shù)據(jù)輸出到顯示屏體以供驅(qū)動(dòng)顯示。顯示控制單元選用TLC5902,其恒流輸出工作于16位方式。這樣，一片TLC9502可以控制16行、每行16列的顯示，該屏總共需要50片。

控制類度級(jí)的主要信號(hào)有輸入輸出數(shù)據(jù)(DIN0～DIN7、DOUT0～DOUT7、OUT0～OUT15)、輸出鎖存信號(hào)LATCH、移位時(shí)鐘DCLK、移位使能信號(hào)ENABLE、占空比控制時(shí)鐘GSCLK。這些信號(hào)線在一行結(jié)構(gòu)內(nèi)的連接如圖3所示。

    該圖像屏可分為5行10列共50個(gè)16×16點(diǎn)陣模塊，當(dāng)移位使能信號(hào)ENABLE為低時(shí)，8位灰度級(jí)顯示數(shù)據(jù)將從DIN7～DIN0并行輸入，并在DCLK移位時(shí)鐘脈沖的作用下打入芯片的移位寄存器，當(dāng)移位16次后，數(shù)據(jù)將從該芯片的DOUT7～DOUT0輸出到下一芯片。一直串行移位160次就可完成第一行模塊中第一行數(shù)據(jù)的傳輸。依次類推，直到第5行模塊的第一行數(shù)據(jù)傳輸完成后，通過鎖存脈沖LATCH即可將各芯片移位到位的16列、每列8位顯示數(shù)據(jù)打入鎖存器，這時(shí)只要輸出控制信號(hào)BLANK為低，并給出同名行的行選通信號(hào)同時(shí)使輸出開放，各列即可開始輸出恒流，同時(shí)8位計(jì)數(shù)器開始對(duì)灰度級(jí)時(shí)鐘GSCLK進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值與該列所存儲(chǔ)的灰度值相等時(shí)，該列的恒流輸出結(jié)束，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)LED的顯示時(shí)間控制，即占空比控制。

根據(jù)各部分同名行的全部傳輸時(shí)間等于該同名行的顯示時(shí)間，可以得到行周期和點(diǎn)（列）周期的值，即行周期=幀周期/掃描方式的行數(shù)，點(diǎn)周期=行周期/（每行點(diǎn)數(shù)×部分?jǐn)?shù)）。若幀頻為120Hz，則幀周期為1/120s=8.33ms，根據(jù)掃描方式為1/16可將80行分為5個(gè)16行，每行160列，這樣，行周期即為520.8μs；點(diǎn)周期為651.04ns；點(diǎn)頻為1.54Hz。

實(shí)踐證明，采用TLC5902驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)的圖像顯示屏具有亮度和色度均勻，無馬賽克現(xiàn)象，顯示效果良好等優(yōu)點(diǎn)。