基于TLC5902的LED图像显示屏的驱动控制

    摘要：TLC5902是美国Texas Instruments公司生产的专门用于图像显示的LED驱动芯片，该器件集移位寄存器、数据锁存器于一体，同时带有电流值调整恒流电路以及脉宽调制256级灰度显示恒流驱动器。文中介绍了该器件的主要功能及实际应用方法。

    关键词：TLC5902  灰度级  LED  图像

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。