倍增led显示驱动装置的制作方法

专利名称：倍增led显示驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种显示器，特别是一种发光二极管LED显示装置及 其驱动电路。
技术背景到目前为止，己公知的所有LED阵列产品中， 一般不是共阴连接就是 共阳连接，图6、图7和图8、图9就是常见LED数码管应用实例。图6、图7是共阳LED数码管阵列及其动态驱动电路原理，图8、图9 是共阴LED数码管阵列及其动态驱动电路原理。众所周知，LED是单向电流驱动型器件，当从正向流过LED的电流(习 惯上称为正向电流)大于能致使LED明显地发光所需的最小电流(本说明 书用Imin表示，其余同)时，我们就会感觉到LED明显地发光了，而从反 向流过LED的电流(习惯上称为反向电流)尽管也可能大于Imin,但并没 有能使我们感觉到LED会发光，相反却有可能会使LED被损坏。因此在实 际应用中，当不需要某个LED芯片发光时,就令流过它的正向电流小于Imin，我们就称之处于熄灭状态(不发光)。在图6、图7中，当驱动器IC的驱动端口 P10 P17全部或部份处于0 态(低电平)而另一组驱动端口 P20 P23的某位为1态(高电平)时，就会 有LED获得足够的正向电流(其大小与相应的限流电阻R(K7有关，其余同) 而发光，反之就处于熄灭状态。这就是众所周知动态扫描显示原理。对于共 阴应用的图9来说，则为当驱动器IC的驱动端口P10 P17全部或部分处 于1态而另一组驱动端口 P20 P23的某位为0态时，也会有LED获得足够 的正向电流而发光，反之就处于熄灭状态。该种LED显示驱动电路存在以下缺点在单片机应用系统中，往往由 于受资源紧缺方面的限制，使得当需要多位LED作显示器(特别是LED数 码管)时，不得不通过扩展I/0芯片来满足工程需要；而扩展I/0芯片就意 味着需要增加硬件成本；由于扩展了I/0芯片，PCB板的面积也会相应地需 要增大，如此一来就给小体积的嵌入式应用增加了难度；由于扩展了I/0芯
片，焊盘数量也会相应地被增加，加工成本也随之水涨船高；由于增加了芯 片和引线及焊点，相应地也增加了故障点和维修难度；由于增加了元器件， 硬件设计与布线难度也会增加，应用系统的能耗必然会增加，从而发热量也 会增加，这给嵌入式应用的小体积化散热问题带来困难。 实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种连接方式简化、能减少应用 系统的驱动器数量，从而减少焊盘数量、提高可靠性之倍增LED显示驱动 装置，以解决已有LED显示驱动电路存在的上述不足之处。解决上述技术问题的技术方案是 一种倍增LED显示驱动装置，包括 由作为发光元素的LED器件组成的LED显示器阵列和驱动器电路，所述的LED显示器阵列是一组由So、 S,、 S2、 ......Sm行、D0、 Dn D2、 D3、 ......Dn列共阳连接的LED阵列和So，、 Sr、 S2'.......Sm，行、D0，、 D,、 D2，、D3，.......Dn，列共阴连接的LED阵列并联连接而组成的LED显示器阵列，所述的驱动器电路是三态桥式驱动器，该并联的LED显示器阵列的行线S0.......Sm和S。，、 ......Sm，分别连接在一起并通过各自的限流电阻Ro、 R,、R2、 ......Rm或Rm，(当nK:m，时，为Rm，)或者直接与一组具有三态输出的驱动电路的输出端口 Po、 Pt、P2.......Pm或Pm'(当m〈m'时，为Pm')相连接，该并联的LED显示器阵列的列线Do、 Dp D2、 ......Dn和Do'、 D八D2'.......Dn'分别连接在一起并直接或通过各自的限流电阻Ro、 R^、R2.......Rn或Rn，(当n〈n，时，为Rn，)与另一组具有三态输出的驱动电路的输出端口Po、 P2.......Pn或Pn，(当n〈n，时，为Pn，)相连接，上述m、n和m，、 n，的取值范围分别是l《m《4096， l《n《4096， l《m， 《4096， l《n，《4096。由于采用上述结构，本实用新型之LED显示装置与现有技术相比，具 有以下有益效果1、 减少了应用系统的驱动器及其相应的引线数目，从而也减少了焊盘 数量，不但可减少故障点并提高可靠性，还可以縮小PCB板面积，更有利 于嵌入式应用。2、 简化应用系统的硬件设计，降低应用系统对CPU的I/O数量的要求， 可节约扩展I/O驱动电路的硬件开销，且由于减少了扩展I/O驱动电路系统， 总能耗相应地会有所减少，从而可减少发热量，更有利于嵌入式应用。3、 减少材料损耗，降低生产成本。由于减少了 I/O扩展电路，相应地 减小了 LED显示屏的公共驱动引线及焊盘数量，传统驱动方法最多只能分 时驱动(m +1) x (n+i)个LED，而用三态桥式驱动器则最多可以分时驱 动2 (m +1) x (n+i)个LED，因而减少引线用量；例如可使显示2个 16*16点阵汉字阵列由以往的16行32列共48条驱动线縮减到32条，即节 省了16条，相对地节省了33%以上，对于LED数码显示器阵列来说，可使 显示22个8段LED数码显示器阵列由以往的30条驱动线縮减到19条，即 节省了11条，相对地节省了36.6 %以上，因而大大地减少了材料损耗，降 低了生产成本。4、 由于减少了驱动引线和I/O扩展电路，因而提高了产品可靠性，减 轻了检修和维护难度。下面，结合附图和实施例对本实用新型之LED显示装置的技术特征作 进一步的说明。

图1:用8+4个三态驱动器分时驱动4位共阳连接的LED数码管模块 CP8s4LED和4位共阴连接的LED数码管模块CN8s4LED的一种应用电路 原理图图2:用8+4个三态驱动器分时驱动8行、4列共阳连接的LED阵列和 8行、4列共阴连接的LED阵列的电路原理图；图3:用(m+l) + (n+l)个三态驱动器分时驱动S m+l行、D n+l列 共阳连接的LED阵列和S m+l' 、 D n+l'列共阴连接的LED阵列的电路原 理图；图4:三态桥式驱动器原理的等效电路图；图5:三态驱动电路的理想模型原理图；图6:共阳连接的8段LED数码管接线示意图；图中Dn为公共端的阳极引出线，Sa、 Sb、 Sc、 Sd、 Se、 Sf、 Sg、 Sh为 各段LED的阴极引出线；图7:已有四位共阳LED数码管的显示器及其动态扫描驱动电路示意图；图8:共阴连接的8段LED数码管接线示意图； 图中Dn'为公共端的阴极引出线，Sa'、 Sb'、 Sc'、 Sd'、 Se，、 Sf5、 Sg，、
Sh'为各段LED的阳极引出线；图9:已有四位共阴LED数码管的显示器及其动态扫描驱动电路示意图。
具体实施方式
一种倍增LED显示驱动装置，是用8+4个三态驱动器分时驱动8行、4 列共阳连接的LED阵列和8行、4列共阴连接的LED阵列的LED显示装置。 包括LED显示器阵列及构成三态输出桥式驱动器的IC，图1中，CP8s4LED 是四位8段共阳LED数码显示器阵列，CN8s4LED是四位8段共阴LED数 码显示器阵列，相应的驱动电路是由已公知的三态驱动器构成，在图l中用 IC表示，P10 P17及P20 P23是该IC的输出驱动端口，所有这些端口都 是三态的；三态输出的桥式驱动器IC的驱动端口 P10 P17分别与共阳LED数码显 示模块CP8s4LED的段驱动引线So、 S,、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6及点驱动引线 S7通过限流电阻Ro R7相连，IC的驱动端口 P20 P23分别与共阳LED数 码显示模块的位驱动引线(即共阳的公共端)Do、 D。 D2、 D3直接相连接， 参见图1;三态输出的桥式驱动器IC的驱动端口 P10 P17也分别与共阴LED数 码显示模块CN8s4LED的段驱动引线So，、 S,、 S2，、 S3，、 S4，、 S5，、 S 及点 驱动引线S7，通过限流电阻R0 R7相连，IC的驱动端口 P20 P23也分别与 共阴LED数码显示模块的位驱动引线(即共阴的公共端)D0'、 Dl'、 D2'、 D3'直接相连接，参见图1。该三态输出电路的实际模型相当于是由上可变电阻器(如图4所示的 ROH和R1H)和下可变电阻器(如图4所示的ROL和R1L)构成，它们既 可以可同时工作于高电阻值状态(此时习惯上称为阻态，其余同)，又可以 分时地工作于低电阻值状态——即当上可变电阻器(依用途也称为上桥臂， 其余同)处于低电阻值状态时，下可变电阻器(依用途也称为下桥臂，其余 同)必须处于高电阻值状态(此时习惯上称为1态，其余同)；而当下可变 电阻器处于低电阻值状态时，上可变电阻器必须处于高电阻值状态(此时习 惯上称为O态，其余同)。三态驱动电路的理想模型如图5所示，它相当于一个单刀三掷机械式闸 刀开关，Q为该闸刀开关的中心接点，其引出线称为输出端口P。当闸刀K
掷向H时，处于悬空状态，输出端口P呈现为阻态；当闸刀K掷向Vcc时， 输出端口P呈现为1态；当闸刀K掷向Gnd时，输出端口P呈现为O态。本实用新型中，所述的低电阻值状态是指可以流过能使LED进入正常 发光工作所需的电流(以后用Iwor表示，其余同)的状态，所述的高电阻 值状态是指不能提供致使LED明显地发光所需的最小电流(以后用Imin表 示，其余同)的状态。图4是说明三态桥式驱动器原理的等效电路图，图中，R0H和R0L组 成三态驱动器H0，驱动端口为C， R1H和R1L组成三态驱动器H1，驱动端 口为A， H0和H1又组成了一个桥式驱动器ABCD, RL是它的负载，R0H 和R1H是上桥臂，R0L和R1L是下桥臂，端点D和B分别接电源的正极 Vcc (参考l电平)和电源的负极GND (参考0电平)，a、 b、 c、 d是各等 效可变电阻R1H、 R1L、 R0L、 R0H的滑动触头。当a、 b均滑向驱动端口 A 时，三态驱动器H1处于阻态，而当a滑向D且b滑向A时，Hl处于l态， 当a滑向A且b滑向B时，H1处于0态；同理，当c、 d均滑向驱动端口C 时，三态驱动器HO处于阻态，而当d滑向D且c滑向C时，H0处于1态， 当d滑向C且c滑向B时，H0处于0态。只有当H0和H1的状态互异时， 负载RL才可以有电流流过。本实用新型中，所述的具有三态输出的驱动器电路，可以是具有三态输 入输出端口的微控制器(如PIC系列或AVR系列单片机)，也可以是具有 三态输入输出特性的其它普通功率驱动电路。作为本实用新型实施例的一种变换，所述组成并联的LED显示器阵列 的LED数量可以增大或减少，g卩可以是一组由So、 S卜S2、 ......Sm行、Do、 D!、 D2、 D3、 ......Dn列共阳连接的LED阵列和So'、 S,、 S2，、 ......Sm，行、Do，、 D,，、 D2，、 D3，、 ......Dn，列共阴连接的LED阵列并联连接而组成的LED显示器阵列，该并联的LED显示器阵列的行线SQ.......Sm和So'.......Sm，分别连接在一起并通过各自的限流电阻Ro、 R。 R2.......Rm或Rm，(当m〈m，时，为Rm，二或者直接与一组具有三态输出的驱动电路的输出端口Po、 P,、 P2.......Pm或Pm，(当m〈m，时，为Pm，二相连接，该并联的LED显示器阵列的列线D。、Dt、D2.......Dn和Do，、D,，、D2，.......Dn，分别连接在一起并直接或通过各自的限流电阻Ro、R4、R2、......Rn或Rn，(当n〈n，时，为Rn，=与另一组具有三态输出的驱动电路的输出端口 P。、 P,、P2、 ......Pn或Pn，(当n〈n，时，为Pn，=相连接，上述m、 n和m，、 n，的取值范围分别是l《m《4096， l《n《4096， l《m，《4096， l《n，《4096 (参见图3)。图中所显示的是m=m，， ！^n'的特殊情况，实际应用中，m 与m'、 n与n' 、 m与n、 m'与n'都不需要一定要相等。根据需要，m、 n和m，、 n'具体数值还可以再增大。上述并联的LED显示器阵列的行线或并联的LED显示器阵列的列线 中，只要行线或列线其中的一端有限流电阻就可以了。 下面，以本实用新型实施例用8+4个三态驱动器分时驱动8行、4列共阳连 接的LED阵列和8行、4列共阴连接的LED阵列的倍增LED显示驱动装置 为例，说明电路连接关系及工作原理IC的驱动端口 P10 P17分别与共阳LED数码显示模块CP8s4LED的 段驱动引线S。、 S!、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6及点驱动引线S7通过限流电阻R0 R7相连，IC的驱动端口 P20 P23分别与共阳LED数码显示模块的位驱动 引线(即共阳的公共端)Do、 Dp D2、 D3直接相连接(参见图1、图2);IC的驱动端口 P10 P17也分别与共阴LED数码显示模块CN8s4LED 的段驱动引线So'、 Sr、 S2，、 S3,、 S4，、 S5，、 S6'及点驱动引线S7'通过限流电 阻R0 R7相连，IC的驱动端口 P20 P23也分别与共阴LED数码显示模块 的位驱动引线(即共阴的公共端)Do'、 Dr、 D2'、 D3'直接相连接(参见图 1、图2);当需要共阳LED数码显示模块的某位某段点亮时，只需把该位的位驱 动引线所对应的驱动端口置为1态，而把相应的段驱动引线所对应的驱动端 口置为O态即可。如要使共阳模块的Do显示"8"字，则驱动端口的状态为 Pio Pi6为0态，P20为l态，Pn不为0态。于是如果限流电阻R0 R6的 电阻值取得合适(这是设计者所希望的，其余同)，则对应于数码段So、 S。 S2、 S3、 S4、 S5、 S6的LED便会因为有合适的工作电流流过而发光，但对应 于^的LED因为没能有合适的工作电流流过而仍然处于不发光的熄灭状态 (参见图1、图2)。当需要共阴LED数码显示模块的某位某段点亮时，只需把该位的位驱 动引线所对应的驱动端口置为0态，而把相应的段驱动引线所对应的驱动端 口置为1态即可。如要使共阴模块的D0'显示"8"字，则驱动端口的状态为 P10 P16为1态，P20为0态，P17'不为l态。于是如果限流电阻R0 的电阻值取得合适，则对应于数码段So'、 sr、 S2'、 S3'、 S4'、 S5'、 S 的LED便会因为有合适的工作电流流过而发光，但对应于S/的LED因为没能有合 适的工作电流流过而仍然处于不发光的熄灭状态(参见图l、图2)。要点亮其它各点或各段时的驱动原理与上述相同，对于图1中具体的某 个LED时，当让其获得正向工作电流Iwor时，该LED就被点亮发光，控制 流过它的正向电流小于Imin时，该LED就处于熄灭状态。当采取动态扫描 驱动的方法时，由于人眼有视觉暂留现象的存在，只要扫描频率足够高，便足以得到我们所需要的多种不同信息了 。8段4位LED数码显示模块实际上也相当于8行、4列的LED显示器 阵列(参见图2)。上述只是举这一常用且易见的器件作实施例来说明而已， 但并不仅限于此例中的LED数码显示器阵列器件。本说明书中作为发光元素的LED器件，可以是人眼能直接看到其所发 出的光线的普通LED光电器件，也可以是人眼不能直接看见其所发出的光 线的光电隔离耦合器中的LED，或是只发出非可见光的红外光或紫外光的 LED器件，或是在光通讯领域中作为电光信号转换所用的LED器件。所述的LED的个数，均是指LED象素的个数，不是特指LED芯片的个 数。 一个LED象素可以是由多个LED芯片所组成，不一定只是一个LED芯片。 例如当2个LED芯片串联或并联时，就只构成一个象素，而实际上有2个 LED芯片。
权利要求1、一种倍增LED显示驱动装置，包括由作为发光元素的LED器件组成的LED显示器阵列和驱动器电路，其特征在于所述的LED显示器阵列是一组由S0、S1、S2、......Sm行、D0、D1、D2、D3、......Dn列共阳连接的LED阵列和S0’、S1’、S2’、......Sm’行、D0’、D1’、D2’、D3’、......Dn’列共阴连接的LED阵列并联连接而组成的LED显示器阵列，所述的驱动器电路是三态桥式驱动器，该并联的LED显示器阵列的行线S0、......Sm和S0’、......Sm’分别连接在一起并通过各自的限流电阻R0、R1、R2、......Rm或Rm’或者直接与一组具有三态输出的驱动电路的输出端口P0、P1、P2、......Pm或Pm’相连接，该并联的LED显示器阵列的列线D0、D1、D2、......Dn和D0’、D1’、D2’、......Dn’分别连接在一起并直接或通过各自的限流电阻R0、R1、R2、......Rn或Rn’与另一组具有三态输出的驱动电路的输出端口P0、P1、P2、......Pn或Pn’相连接，上述m、n和m’、n’的取值范围分别是1≤m≤4096，1≤n≤4096，1≤m’≤4096，1≤n’≤4096。
2、 根据权利要求1所述的倍增LED显示驱动装置，其特征在于所述 具有三态输出的桥式驱动器的单元电路是由两个具有三态输出的驱动电路 构成。
3、 根据权利要求1所述的倍增LED显示驱动装置，其特征在于所述 的具有三态输出的驱动电路，是具有三态输入输出端口的微控制器——-PIC 系列或AVR系列单片机的I/O端口，或是具有三态输入输出特性的普通功 率驱动电路。
4、 根据权利要求1所述的倍增LED显示驱动装置，其特征在于作为 发光元素的LED器件是人眼能直接看到其所发出的光线的普通LED光电器 件，或是人眼不能直接看见其所发出的光线的光电隔离耦合器中的LED，或 是只发出非可见光的红外光或紫外光的LED器件，或是在光通讯领域中作 为电光信号转换所用的LED器件。
专利摘要一种倍增LED显示驱动装置，包括由作为发光元素的LED器件组成的LED显示器阵列和驱动器电路，所述的LED显示器阵列是一组由m+1行、n+1列共阳连接的LED阵列和m+1’行、n+1’列共阴连接的LED阵列并联连接而组成的LED显示器阵列，所述的驱动器电路是三态桥式驱动器，该并联的LED显示器阵列的行线分别连接在一起，与一组具有三态输出的驱动电路的输出端口相连接，该并联的LED显示器阵列的列线分别连接在一起并与另一组具有三态输出的驱动电路相应的输出端口相连接。该装置减少了应用系统的驱动端口的数目以及焊盘数量、简化了应用系统的硬件设计，可靠性高，并可减少材料损耗，降低生产成本。
文档编号G09G3/32GK201017607SQ20062016360
公开日2008年2月6日 申请日期2006年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者金 吴 申请人:金 吴