CN218729846U - 一种led阵列显示驱动电路和设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种LED阵列显示驱动电路和设备，包括主控处理器、电源控制单元和驱动芯片；所述主控处理器用于生成显示控制信号和电源信号；所述电源控制单元与所述主控处理器电连接，用于基于所述电源信号生成电源控制信号；所述驱动芯片与所述主控处理器和所述电源控制单元电连接，用于基于所述电源控制信号和所述显示控制信号生成LED阵列显示信号。本申请的LED阵列显示驱动电路和设备有效解决了上电时LED驱动芯片供电不稳定，显示乱码的技术问题，保证了LED系统能够安全可靠地工作，提高了用户体验；采用LED阵列代替传统数码管模组，可以自由调整尺寸，适用于内部空间有限的仪器仪表。

Description

一种LED阵列显示驱动电路和设备

技术领域

本申请属于驱动电路技术领域，涉及一种LED阵列显示驱动电路和设备。

背景技术

人机交互式单片机系统不仅需要响应用户输入，同时也需要将一些测控信息输出显示。这些显示信息可以提供实时的数据和图形结果，以便于掌握系统的状态并进行分析处理。目前，在单片机中最常用的是LED(Light Emitting Diode)数码管显示。LED数码管是由若干个发光二极管组成的显示字段的阵列。当数码管中的某个发光二极管被导通，相应的字段便发光，不导通则不发光。通过LED阵列中发光二极管不同的亮暗组合，来显示各种数字、字母及其其他符号。

现有的LED阵列显示方式通常采用LED驱动芯片。在对LED驱动芯片进行初始上电时，驱动芯片的电源管脚会在一定的时间内从0V上升到工作电压范围，在此过程中，容易出现因电源信号传输不稳定而导致LED阵列驱动不稳定，甚至出现LED阵列乱码显示的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种LED阵列显示驱动电路和设备，用于解决因驱动芯片电源而导致的LED阵列显示驱动不稳定的问题。

第一方面，本申请提供一种LED阵列显示驱动电路，包括主控处理器、电源控制单元和驱动芯片；所述主控处理器用于生成显示控制信号和电源信号；所述电源控制单元与所述主控处理器电连接，用于基于所述电源信号生成电源控制信号；所述驱动芯片与所述主控处理器和所述电源控制单元电连接，用于基于所述电源控制信号和所述显示控制信号生成LED阵列显示信号。

本申请的LED阵列显示驱动电路有效解决了上电时LED驱动芯片供电不稳定，显示乱码的技术问题，保证了LED系统能够安全可靠地工作，提高了用户体验。

在第一方面的一种实现方式中，所述电源控制单元包括一三极管和一PMOS管。

在第一方面的一种实现方式中，所述三极管的基极与所述主控处理器的电源接口相连，用于输入所述电源信号；集电极接入电平信号，发射极接地。

在第一方面的一种实现方式中，所述PMOS管的栅极与所述三极管的集电极电连接，源极接入电平信号，漏极输出所述电源控制信号。

在第一方面的一种实现方式中，所述驱动芯片包括串行数据输入端、时钟序列输入端、片选输入端、正电压输入端、数码管的控制输入端、数码管7段驱动和小数点驱动端。

在第一方面的一种实现方式中，所述串行数据输入端、所述时钟序列输入端和所述片选输入端与所述主控处理器的SPI接口电连接，用于输入所述显示控制信号；所述正电压输入端用于输入所述电源控制信号；所述数码管7段驱动和小数点驱动端用于输出所述LED阵列显示信号。

第二方面，本申请提供一种LED阵列显示设备，所述LED阵列显示设备包括LED阵列和上述的LED阵列显示驱动电路。

本申请中，采用LED阵列代替传统数码管模组，可以自由调整尺寸，适用于内部空间有限的仪器仪表。

在第二方面的一种实现方式中，所述LED阵列包括一个或多个8位7段共阴极LED数码管；所述LED数码管的阳极与所述数码管7段驱动和小数点驱动端电连接，公共阴极与所述数码管的控制输入端电连接，用于基于所述LED阵列显示信号显示字形。

在第二方面的一种实现方式中，所述LED数码管的阳极与所述数码管7段驱动和小数点驱动端之间设有排阻。

在第二方面的一种实现方式中，所述LED阵列采用动态驱动显示，以驱动一个或多个LED数码管显示字形。

如上所述，本申请所述的LED阵列显示驱动电路和设备，具有以下有益效果：

(1)有效解决了上电时LED驱动芯片供电不稳定，显示乱码的技术问题，保证了LED系统能够安全可靠地工作，提高了用户体验；

(2)采用LED阵列代替传统数码管模组，可以自由调整尺寸，适用于内部空间有限的仪器仪表。

附图说明

图1显示为本申请实施例所述的LED阵列显示驱动电路的结构示意图。

图2显示为本申请实施例所述的LED阵列显示驱动电路中电源控制单元的电路原理图。

图3显示为本申请实施例所述的LED阵列显示驱动电路的驱动芯片原理图。

图4显示为本申请实施例所述的LED阵列显示驱动电路的LED阵列原理图。

图5显示为本申请实施例所述的LED阵列显示驱动设备的结构示意图。

图6显示为本申请实施例所述的LED阵列显示驱动设备中LED阵列的PCB示意图。

元件标号说明

1 LED阵列显示驱动电路

11 主控制处理器

12 电源控制单元

13 驱动芯片

2 LED阵列显示驱动设备

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请以下实施例提供了一种LED阵列显示驱动电路，有效解决了上电时LED驱动芯片供电不稳定，显示乱码的技术问题，保证了LED系统能够安全可靠地工作，提高了用户体验。

以下将结合附图详细阐述本实施例的LED阵列显示驱动电路和设备的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的LED阵列显示驱动电路和设备。

如图1所示，本实施例提供一种LED阵列显示驱动电路1，包括主控处理器11、电源控制单元12和驱动芯片13。

于一实施例中，所述主控处理器11包括现场可编程逻辑阵列(FheldProgrammable Gate Array，FPGA)，微控制处理单元(Microcontroller Unit，MCU)中的CPU模块等，用于生成显示控制信号和电源信号。

所述主控处理器11上设有串行外设接口(Serial Peripheral interface，SPI)，通过SPI接口可以与外围设备以串行方式进行通信和交换信息。例如，本申请的主控处理器11通过SPI接口将显示控制信号传输至驱动芯片13。所述主控处理器11上还设有供电模块，用于提供稳定的电源信号，同时通过电源接口分配电源信号至电源控制器12。

具体地，显示控制信号包括SPI_CLK_LED、SPI_CS_LED、SPI_DIN_LED。其中SPI_CLK_LED为时钟信号，用于同步数据；SPI_CS_LED为片选信号或使能信号，用于选定和控制外围设备，且只有在片选信号或使能信号为预先规定的高电平或低电平时，对外围设备的操作才有效；SPI_DIN_LED为数据输入信号，用于在每个时钟信号周期内和片选信号为预先规定的高电平或低电平时传输数据至驱动芯片13。

于一实施例中，所述电源控制单元12与所述主控处理器11电连接，用于基于所述电源信号生成电源控制信号。

所述电源控制单元12包括一三极管和一PMOS管。所述三极管的基极与所述主控处理器11的电源接口相连，用于输入所述电源信号；集电极接入电平信号，发射极接地。所述PMOS管的栅极与所述三极管的集电极电连接，源极接入电平信号，漏极输出所述电源控制信号。

具体地，如图2所示，NPN型三极管Q1的基极与电阻R5串联后在第一接入点接入电源信号LED_PWR；电阻R6的一端与第一接入点电连接，另一端接地；三极管Q1的集电极在第二接入点与电阻R7的一端电连接，发射极接地；电阻R7的另一端接入+5V电平信号；PMOS管Q2的栅极在第二接入点与三极管Q1的集电极电连接，PMOS管Q2的源极接入+5V电平信号，PMOS管Q2的漏极输出电源控制信号LED_5VD。

在供电模块上电瞬间，电源信号LED_PWR为低电平，三极管Q1处于截止状态，其中集电极输出为+5V高电平信号；此时PMOS管Q2也处于截止状态，其中栅极和源极为+5V，漏极输出电源控制信号LED_5VD为0V，即向驱动芯片13供电为0V，此时主控制处理器11通过SPI接口控制驱动芯片13驱动LED阵列全灭灯。

在供电模块稳定运行之后，电源信号LED_PWR为高电平，三极管Q1处于导通状态，其中集电极输出为0V低电平信号；此时PMOS管Q2也处于导通状态，其中栅极为0V，源极为+5V，漏极输出电源控制信号LED_5VD为+5V，即向驱动芯片13供电为5V，此时主控制处理器11通过SPI接口控制驱动芯片13驱动LED阵列正常显示亮灭。

通过设置电源控制单元12，有效解决了上电时LED驱动芯片13供电不稳定，显示乱码的技术问题，保证了LED系统能够安全可靠地工作，提高了用户体验。

于一实施例中，所述驱动芯片13与所述主控处理器11和所述电源控制单元12电连接，用于基于所述电源控制信号和所述显示控制信号生成LED阵列显示信号。

所述驱动芯片13包括串行数据输入端、时钟序列输入端、片选输入端、正电压输入端、数码管的控制输入端、数码管7段驱动和小数点驱动端。

所述串行数据输入端、所述时钟序列输入端和所述片选输入端与所述主控处理器11的SPI接口电连接，用于输入所述显示控制信号；所述正电压输入端用于输入所述电源控制信号；所述数码管7段驱动和小数点驱动端用于输出所述LED阵列显示信号。

具体地，如图3所示，驱动芯片U1采用MAX7221，MAX7221是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器，最多可以驱动8组LED阵列。MAX7221的管脚及其功能如表1所示。

表1、MAX7221的管脚及功能

串行数据输入端DIN用于接入主控处理器11的数据信号SPI_DIN_LED；时钟序列输入端CLK用于接入主控处理器11的时钟信号SPI_CLK_LED；片选输入端CS用于接入主控处理器11的片选信号SPI_CS_LED。电源控制信号LED_5VD通过最大电流值设置端ISET和正电压输入端V+输入至驱动芯片U1。

如图4所示，本实施例提供一种LED阵列显示驱动设备，所述LED阵列显示设备包括上述LED阵列显示驱动电路1和LED阵列2。

于一实施例中，如图5所示，所述LED阵列2包括一个或多个8位7段共阴极LED数码管；所述LED数码管的阳极与所述数码管7段驱动和小数点驱动端电连接，公共阴极与所述数码管的控制输入端电连接，用于基于所述LED阵列显示信号显示字形。

具体地，如图6所示，LED阵列由26个发光二极管D1～D26组成两个“8”字形状的显示阵列，即D1～D13组成第一个“8”字形状显示阵列，D14～D26组成第二个“8”字形状显示阵列。每个LED阵列最多可由13个独立LED组成，且LED尺寸是1.6mm(长)*0.8mm(宽)，即0603SMD封装。每个LED代表“8”显示阵列的一个点，且相邻LED之间距离可根据PCB板实际显示尺寸进行调整，即“8”形状形式阵列可根据实际需求进行缩放大小尺寸，灵活度高，适应性广，很好地解决在有限空间内LED数码管显示问题。

于一实施例中，所述LED数码管的阳极与所述数码管7段驱动和小数点驱动端之间设有排阻。

具体地，发光二极管D1～D26又进一步分为四组，第一组LED包括D1～D7，第二组LED包括D9～D13，第三组LED包括D14～D21，第四组LED包括D22～D26。四组LED的阳极SP，SA～SG分别通过330欧姆的排阻与驱动芯片U1上对应的数码管7段驱动和小数点驱动端SEGDP，SEGA～SEGG电连接，共阴极分别与驱动芯片U1的DIG0～DIG3端口电连接。

驱动芯片U1可以控制发光二极管D1～D26显示阵列中任意一个或多个LED亮灭。例如，若驱动芯片U1要控制D1～D26阵列显示“03”，主控处理器通过SPI接口给驱动芯片U1发送显示控制命令，驱动芯片U1接收到控制命令后，DIG0端口输出低电平，驱动芯片U1的SA，SB，SC，SD，SE，SF，SP输出高电平，SG输出低电平，即第一组LED的D1，D2，D3，D4，D5，D6，D8亮，D7灭。同理，第二组LED的D9，D10，D11，D12，D13亮；第三组LED的D14，D15，D16，D18，D19，D20，D21亮，D17灭；第四组LED的D23，D24，D25，D26亮，D22灭。

于一实施例中，所述LED阵列2采用动态驱动显示，以驱动一个或多个LED数码管显示字形。

具体地，在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间约为1～2ms，由于视觉暂留现象和发光管的余辉效应，尽管各位数码管并非同时点亮，但只要驱动芯片U1具有足够快的扫描速度或扫描频率，人眼看到D1～D26阵列显示的就是一组稳定的是“03”。采用动态显示的效果和静态显示效果是一样的，动态扫描显示能够节省大量的I/O端口，而且功耗会大大降低。

综上所述，本申请的LED阵列显示驱动电路和设备有效解决了上电时LED驱动芯片供电不稳定，显示乱码的技术问题，保证了LED系统能够安全可靠地工作，提高了用户体验；采用LED阵列代替传统数码管模组，可以自由调整尺寸，适用于内部空间有限的仪器仪表。

上述各个附图对应的流程或结构的描述各有侧重，某个流程或结构中没有详述的部分，可以参见其他流程或结构的相关描述。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种LED阵列显示驱动电路，其特征在于，包括主控处理器、电源控制单元和驱动芯片；

所述主控处理器用于生成显示控制信号和电源信号；

所述电源控制单元与所述主控处理器电连接，用于基于所述电源信号生成电源控制信号；

所述驱动芯片与所述主控处理器和所述电源控制单元电连接，用于基于所述电源控制信号和所述显示控制信号生成LED阵列显示信号。

2.根据权利要求1所述的LED阵列显示驱动电路，其特征在于，所述电源控制单元包括一三极管和一PMOS管。

3.根据权利要求2所述的LED阵列显示驱动电路，其特征在于，所述三极管的基极与所述主控处理器的电源接口相连，用于输入所述电源信号；集电极接入电平信号，发射极接地。

4.根据权利要求2所述的LED阵列显示驱动电路，其特征在于，所述PMOS管的栅极与所述三极管的集电极电连接，源极接入电平信号，漏极输出所述电源控制信号。

5.根据权利要求1所述的LED阵列显示驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片包括串行数据输入端、时钟序列输入端、片选输入端、正电压输入端、数码管的控制输入端、数码管7段驱动和小数点驱动端。

6.根据权利要求5所述的LED阵列显示驱动电路，其特征在于，所述串行数据输入端、所述时钟序列输入端和所述片选输入端与所述主控处理器的SPI接口电连接，用于输入所述显示控制信号；所述正电压输入端用于输入所述电源控制信号；所述数码管7段驱动和小数点驱动端用于输出所述LED阵列显示信号。

7.一种LED阵列显示设备，其特征在于，所述LED阵列显示设备包括LED阵列和如权利要求1-6所述的LED阵列显示驱动电路。

8.根据权利要求7所述的LED阵列显示设备，其特征在于，所述LED阵列包括一个或多个8位7段共阴极LED数码管；所述LED数码管的阳极与所述数码管7段驱动和小数点驱动端电连接，公共阴极与所述数码管的控制输入端电连接，用于基于所述LED阵列显示信号显示字形。

9.根据权利要求8所述的LED阵列显示设备，其特征在于，所述LED数码管的阳极与所述数码管7段驱动和小数点驱动端之间设有排阻。

10.根据权利要求7所述的LED阵列显示设备，其特征在于，所述LED阵列采用动态驱动显示，以驱动一个或多个LED数码管显示字形。

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