双色8 ×8点阵LED的动态显示

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 收稿日期 : 2008 - 01 - 31 作者简介 : 陈文彬 (1968 - ) , 男 , 副教授 , 博士 , 研究方 向 : 光电材料与器件。 双色 8 ×8点阵 LED的动态显示 陈文彬 , 蒋 　泉 , 吴援明 , 饶海波 , 杨 　刚 , 张 　磊 , 钟 　建 (电子科技大学光电信息学院 , 成都　610054) 摘要 : 双色 8 ×8点阵 LED矩阵发光屏采用逐行扫描方式驱动 , 以 8031单片机为核心 , MAX7219作为行、列驱动器 , 完成 了双色 8 ×8点阵 LED矩阵发光屏驱动板 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与制作 , 实现了 LED显示器件的动态驱动。通过对驱动波形的测试与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 , 加深了学生对显示像素 4种状态 (全选点 , 行、列半选点和非选点 )的理解。通过对该实验系统功能的扩展 , 可以强化学生 平板显示器件驱动技术方面的训练。 关 　键 　词 : 发光二极管 ; 动态驱动 ; 扫描 ; 驱动波形 ; 实验 中图分类号 : TN383102; G424131　　文献标识码 : B　　文章编号 : 1672 - 4550 (2008) 04 - 0003 - 03 Dynam ic D isplay of Two2color 8 ×8 LED Matr ix CHEN W en2bin, J IANG Quan, WU Yuan2m ing, RAO Hai2bo, YANG Gang, ZHANG Lei, ZHONG J ian ( School of Op toelectronic Information, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu　610054, China) Abstract: Two2color 8 ×8 LED matrix is driven by scanning one line at a time1 U sing 8031 as controller andMAX7219 as the row and column driver, the LED panel is demonstrated, and the dynam ic disp lay is obtained1 The driving wave form can be measured and ana2 lyzed1 The selected p ixel, half2selected p ixel and nonselected p ixel are clearly indicated by the driving wave form1 This experiment system can be extended to further intensify the technical training of the flat panel disp lay driver1 Key words: LED; dynam ic disp lay; scan; driving wave form; experiment 1　引 　言 LED显示器件种类繁多 , 从简单的单个 LED 到 LED光柱显示 , 字符显示再到大面积的平板显 示 , 应有尽有。LED 之所以受到广泛重视与迅速 发展 , 是与它具有的优点分不开的 , 这些优点概括 起来是 : 工作电压低 , 功耗小 , 小型化 , 易与集成 电路匹配 , 驱动简单 , 寿命长 , 耐冲击 , 性能稳 定。近年来 , 由于半导体材料的制备和工艺逐步成 熟和完善 , 超高亮度 R、G、B LED的商品化 , 全 色 LED平板显示可以适用于室内外各种目的的应 用。作为其教学实验 , 我们开设了一些反映最新成 果的实验课程 , 并着眼于反映新发展中所用到的基 本物理概念和新思想 , 因此本课程实验的实验目的 在于 : (1) 掌握逐行扫描寻址驱动技术 ; ( 2 ) 熟悉字符型发光 LED 控 制 驱 动 器 MAX7219的应用电路 ; (3) 了解 MAX7219的程序设计 ; (4) 测量双色 8 ×8点阵 LED的驱动波形。 2　实验原理 211　逐行扫描原理 LED显示屏一般采取点矩阵排列 , 两组等距 平行排列的电极分别称为行电极 (扫描电极 Xi )和 列电极 (信号电极 Yj ) , 行与列电极相互垂直 , 在 交叉点形成发光单元 LED。点矩阵的驱动一般采 取逐行扫描方式寻址 , 这种方式是一次对 Xi 行上 所有的单元点同时进行寻址 , 在 Xi 行上单元点被 寻址之后 , 再移向 Xi + 1行寻址 , 即扫描电极是从头 到尾顺序地选取 , 而信号电极可同时选取一个或多 个以显示需要的图像。或者说 , 在某一时刻给某一 行电极施加扫描脉冲 , 其他行电极施加非扫描脉 冲 , 同时所有列电极给出显示或非显示驱动脉冲。 接着把扫描脉冲施加到下一行电极 , 再给所有列电 极施加显示或非显示驱动脉冲。当扫描频率足够快 时 , 由于人眼的视觉暂留现象 , 就可以在显示屏上 呈现稳定的图像效果。 图 1为本实验所用的双色 8 ×8点阵 (共阴 ) LED显示屏 , 当采用逐行扫描驱动方式时 , 行电 极 R1 到 R8 轮流将低电位接通各行线 , 使连接到各 该行的全部 LED的阴极接通低电平 , 但具体哪一 ·3·第 6卷 　第 4期 实 验 科 学 与 技 术 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 个 LED导通 , 还要看它的阳极是否接通 , 这就是 列控制的任务了。例如在屏幕上需要 LED11 和 LED22点燃 , LED12和 LED21熄灭的话 , 在扫描到第 1行时 , 第 1行接低电平 (同时所有其他行接高电 平 ) , 第 1列接高电平 , 第 2列低电平 ; 而扫描到 第 2行时 , 第 2行接低电平 (同时所有其他行接高 电平 ) , 第 1列的电位就应该为低 , 而第 2列的电 位就应该为高。这样行线上只要一行一行地轮流导 通 , 列线上进行通断控制 , 就可以实现逐行扫描的 驱动方式。 图 1　双色 8 ×8点阵 (共阴 ) LED 212　实验原理框图 图 2是本实验的原理框图 , 实验系统以 8031 单片机为核心 , 为 MAX7219提供显示时序和显示 数据 , MAX7219 作 为 双 色 8 ×8 点 阵 LED (D05882)的行、列驱动器 , 为点阵 LED提供驱动 输出波形 , 从而达到显示目的。 图 2　双色 8 ×8点阵 LED动态驱动实验原理框图 MAX7219是一种串行输入 /输出共阴极显示驱 动器 , 可实现微处理器与 8位 7段数字 LED, 或 64 位单一 LED的接口。芯片上包括 BCD码译码器、多 位扫描电路、段驱动器、位驱动器、内含 8 ×8位静 态 RAM。只需外接一个电阻就可为所有 LED提供段 电流。MAX7219的三线串行接口可方便连接所有通 用微处理器 , 各个数据可被单一寻址和更新 , 无需 重写整个显示器。MAX7219采用 24脚双列直插封 装 , 各引脚功能如下 : D IN 为串行数据输入端 ; D IG0 - 7为 8根驱动连线端 ; GND为接地端 ; LOAD 为装入数据控制端 ; CLK为时钟输入端 , 最大速率 10 MHz; SEG A - G, DP为 7段驱动和小数点驱动 连线端 ; Iset端线通过一个 R set电阻与电源端相连 , 以提供段电流 ; V +为电源端 (4 - 6 V ) ; DOUT为串 行数据输出端。MAX7219的典型应用是驱动 8位数 码 LED显示器 , 如图 3所示。 图 3　MAX7219驱动 8 ×8点阵单元的连接图 3　实验数据及结果分析 根据以上实验原理 , 首先测得双色 LED共阴 极模块的伏安特性 , 然后设定 LED驱动电压 (如表 1所示 )。其中 V rs代表行选择电压 , V rns代表行非选 电压 ; Vcs代表列选择电压 , Vcns代表列非选电压。 表 1　8 ×8共阴点阵 LED的驱动电压 Vcs , 2164 V Vcns , 0 V V rs , 0 V 全选点 2164 V 行半选点0 V V rns , 5 V 列半选点 - 2136 V 非选点- 5 V 　　再编写 MAX7219的驱动程序 , 打开驱动电路板 和示波器电源 , 显示绿色的“月”字 ,如图 4所示。 测试的驱动波形如图 5所示。其中 , 在 t3 时 段 X3 行被扫描 , 施加电压为行选择电平 0 V; 在 其余时段 X3 行为非扫描状态 , 施加行非选择电平 5 V。在 t5 时段 X5 行被扫描。由于采用逐行寻址 方式 , 因此其他行的脉冲序列与第 3行类似 , 只是 ·4· 实 验 科 学 与 技 术 2008年 8月 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 图 4　“月 ”字显示的像素 被扫描的时段不一样 , 即相位有所差异。在 t7 时 段 Y2 列被选择 , 施加列选择电平 2164 V; 其余时 段 Y2 列为非选状态 , 施加列非选择电平 0 V, 该 列其余像素不显示。在 t1、 t3、 t5 和 t7 时段 , Y7 列 被选择 , 在其余时段 Y7 列没被选择。 ( a) 　Y2 列波形 　　　　 ( b) 　X3 行波形 ( c) 　LED32像素波形 　　　　 ( d) 　Y7 列波形 ( e) 　X5 行波形 　　　　　 ( f) 　LED57像素波形 图 5　显示“月 ”字时各电极的驱动波形 非显示像素 LED32 : 在 t3 时段该像素为行半选 点 , 施加电压为 0 V; 在 t7 时段为列半选点 , 施加 电压为 - 2136 V; 在其余时段为非选点 , 施加电压 为 - 5 V。 施加在 LED32的电压 , 在任意时刻都小于阈值 电压 , 因此不发光。 显示像素 LED57 : 在 t3 时段该像素为全选点 , 施加 LED电压为 2164 V; t1、 t5 和 t7 时段为列半 选点 , 施加电压为 - 2136 V; 在其余时段为非选 点 , 施加电压为 - 5100 V。 加在 LED57的电压 , 在 t3 时段电压为 2164 V, 大于阈值电压而导通发光 ; 在其他时刻都小于阈值 电压。因此 LED57为显示像素 , 但发光时间只占帧 周期的 1 /8, 这也是逐行寻址技术的特点 , 占空比 为扫描行电极数目的倒数。其余像素也可按同样的 方法进行分析 , 此处不再详述。 一般 LED 显示屏的像素处于图 4 ( a)、 ( b)、 ( c)和 ( d)中的某一状态 , 研究它在一帧中的状态 变化 , 与像素是显示点还是非显示点有关。其中 , 图 4 ( a)、 ( b)、 ( c)和 ( d)分别代表全选点、行半 选点、列半选点与非选点。这也可从 LED32 和 LED57 2个像素的驱动电压波形得到验证。 4　结 　论 通过该实验掌握了 LED显示器件的动态驱动 技术 , 并加深了对显示像素 4 种状态 (全选点 , 行、列半选点和非选点 )概念的理解。该驱动技术 可与液晶的动态驱动技术进行对比以加深对平板显 示驱动技术的掌握。 该实验项目不但可用于实验教学 , 也可用于科 研和实践 ; 把软件的功能加以修改和扩充 , 采用 RGB高亮度 LED , 可实现高亮度全色态显示 , 应 用面非常广。本实验的学生受益面大 , 具有极大的 推广价值。 参 考 文 献 [ 1 ]　王建华 , 逄玉台 1 MAX7219原理及其应用 [ J ]1电子 技术 , 2003 (12) : 36 - 391 [ 2 ]　李长有 , 魏丕勇 1利用 MAX7219设计 LED大屏幕基 本显示模块 [ J ]1电子技术 , 2002 (9) : 44 - 471 [ 3 ]　何立民 1单片机应用技术选编 [M ]1北京 : 北京航空 航天出版社 , 19981 [ 4 ]　方志烈 1半导体发光材料和器件 [M ]1上海 : 复旦大 学出版社 , 19921 　　人之为学 , 不曰进则曰退。 ———顾炎武 ·5·第 6卷 　第 4期 Experiment Science & Technology