復合型驅動控制電路設計范文

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顯示終端作為人們獲取圖像信息的重要媒介，近年來獲得了跨躍式發展，給人們的生活和工作帶來新的改變。如傳統的CRT顯示器，由于其厚重、體積大等劣勢，正在被平板顯示器以及輕薄、大尺寸的液晶顯示器所取代。目前，除少量特殊場合采用的等離子顯示器PDP外，液晶LCD幾乎占領了國內絕大部分的顯示終端市場，已經成為市場的主流產品。但是液晶LCD顯示終端由于受視角、屏幕散熱及無法彎曲等使用條件的約束，使其在一些場合的應用受到了限制。近些年，隨著有機電子學的發展，一種新型的有機發光二極管（OrganicLight－EmittingDiode，OLED）屏幕顯示技術憑借其在低成本、大面積、柔性化以及全彩、高亮度、省電等性能方面的優勢，引起了國內外產業界和學術界的普遍關注和重視。國內外在OLED制造材料［1］、結構工藝［2］、驅動控制［3］及新產品開發應用［4］等方面都在開展深入研究。可以預測在不久的將來OLED必將成為主流的顯示終端設備［5］。對于有機發光二極管OLED的應用研究，除其材料、結構工藝等自身核心技術外，OLED的驅動控制電路性能也是影響其圖像顯示效果的一個重要因素。一方面，驅動電路要具有快速的視頻信號處理能力，以保證顯示圖像的平滑性；另一方面也要保證顯示圖像穩定無雜波干擾。筆者提出了一種基于單片機和嵌入式系統的復合驅動控制系統，提升了驅動電路的視頻信號處理能力，有效保證了視頻圖像的顯示品質。

1驅動電路系統模型構建

OLED屏驅動控制電路由嵌入式系統和單片機組成。單片機和嵌入式系統依據自身特點分別實現不同的功能，系統結構框圖如圖1所示。單片機主要實現對OLED屏內部寄存器進行讀寫操作，通過對寄存器的讀寫操作完成對屏的初始化配置；屏的亮度、對比度等控制功能也通過單片機來實現。嵌入式系統主要功能是輸出垂直同步信號（VSYNC）、水平同步信號（HSYNC）、時鐘信號（DOTCLK））、使能信號（ENABLE）和RGB三色信號。OLED屏一般包含電源接口、信號接口、控制接口等接口電路。筆者以某一典型OLED屏為例，完成其與電源、單片機以及嵌入式系統外圍接口電路的設計。

1．1供電電源設計采用OLED屏需要3種直流電源供電，即＋3．3、＋5V和－5V。＋3．3V是為屏內部電路提供電源；＋5V和－5V是屏所需的正電源和負電源。＋5V電源是日常使用中的最常規電源，本設計中，＋3．3V與－5V電源全部通過＋5V電源經電源變換獲得。＋3．3V電源為OLED內部的電路供電，對其輸出電流的要求不高，本設計中，＋5V電壓到＋3．3V電壓的轉換采用AMS1117＿3．3芯片來完成。AMS1117＿3．3芯片是正向低壓降三端穩壓器，其轉換電路如圖2所示。－5V電源是OLED屏負的供電電壓，其輸出電流一般要求達到1A以上。為了保證驅動電路可靠工作，減少負荷波動對電路的影響，要求屏供電電源輸出電流要達到1．5A以上。依據電源輸出電流參數要求，對電源轉換芯片進行了選擇。選擇Linear公司的電源極性轉換芯片LTC1624作為＋5V電壓轉換至－5V電壓的轉換芯片，其輸出－5V電壓時，其輸出電流可以達到2A左右。＋5V電壓至－5V電壓的轉換電路如圖3所示。

1．2OLED復位和初始化配置嵌入式系統上電后其輸出信號有一定的時間延遲，因此不能在上電后對OLED進行初始化配置。對OLED的初始化配置和控制采用單片機來實現。單片機可選用性價比較高的8051系列單片機。單片機8051與OLED初始化配置接口電路如圖4所示。在上電前，首先通過單片機完成對OLED屏NCS、SCL、SDA三端的初始化配置。復位電路是OLED驅動電路的重要組成部分，每次上電時都需要完成對OLED的復位操作，OLED復位信號為低電平有效。由于OLED屏在每次復位后還需要對其進行初始配置才能正常顯示，可見OLED屏的復位與單片機的初始化控制在時序上一致，所以采取了OLED屏與單片機共用同一時序復位電路的方案。OLED屏復位有效電平信號為低電平有效，單片機復位有效電平信號為高電平有效。本設計中，選擇了具有雙電平輸出的CAT1162芯片作為輸出復位電平信號芯片，其供電電源為＋5V，輸出高、低復位電平信號電路如圖5所示。

1．3嵌入式系統與OLED接口電路PC／104是嵌入式PC的機械電氣標準［6］。其具有如104總線、CRT（顯示器）、鍵盤、鼠標、平板顯示、USB、串口、CAN口等豐富的標準外圍接口，這使其實際應用起來非常便利。利用PC／104中的平板顯示接口作為與OLED屏圖像信息輸入的連接接口。HSYNC、VSYNC、DCLK分別代表嵌入式系統水平同步信號、垂直同步信號和時鐘信號輸出接線端，分別與OLED屏的相應信號輸入端HS、VS、CLK相連接；R、G、B分別代表嵌入式系統紅、綠、藍三色顯示信號輸出端，分別與OLED屏的數據信號輸入端子D0X、D1X、D2X的24個對應管腳連接，PC／104與OLED的外圍接口電路如圖6所示。

2系統軟件設計

OLED屏NCS、SCL、SDA三端遵循SPI協議，數據的讀寫操作可根據時序進行，時序圖如圖7所示。NCS端為低電平有效。在SCL的下降沿時，數據被放到數據線上，在SCL的上升沿時，數據被傳送出去。Index為OLED內部寄存器，在時鐘的前8個周期中，將寄存器地址的低7位按從高到低的順序依次傳送到數據線上，并傳送出去。在時鐘的第8個周期，傳送的是讀寫位，該位為0時進行寫操作，該位為1時進行讀操作。時鐘的后8個周期，將寄存器中的數據放到數據線上，并按從高到低的順序依次傳送出去。程序采用了模塊化設計結構，分別編制了傳送寄存器地址的子程序、傳送寄存器中數據的子程序，在主程序中依需要調用相關的子程序。這種編程方法不僅可以在初始化配置時使用，而且在對OLED內部寄存器進行對比度、亮度等調節操作時也可使用。

3實驗測試及分析

經對樣機動態圖像的實驗測試，在屏幕正常顯示為亮度較大的藍色屏時，屏幕會出現抖動的干擾雜波，初步分析其來自直流電源的干擾。經對屏＋5、－5V和＋3．3V供電電源進行的測試對比發現，在－5V電源上電前，＋3．3V和＋5V電源的紋波電壓大約為20mV左右，此時屏上圖像無明顯的雜波干擾；而－5V電源上電之后，2個電源的紋波電壓都增加到了80mV左右，屏幕上出現了雜波干擾。實測中發現－5V電源的紋波電壓頻率不高，但其幅值達到了400mV左右，某一時段波形截圖如圖8所示。由圖8可以看出，－5V電源所產生的紋波信號對電路的影響很大，必須采取措施加以抑制。對于直流電源輸出的低頻干擾信號，在芯片電源輸出端采用電解電容進行濾波，以濾除電源產生的低頻干擾信號。經對－5V電源的電容濾波處理，使其紋波由400mV下降到了90mV左右，如圖9所示。此時屏幕雜波雖然減少，但依舊存在紋波所產生的雜波干擾，必須進一步采取措施。對于LTC1624電源極性轉換芯片，當其在輕載時輸出電流較小，芯片為了減少能量損耗，此時芯片工作在BurstMode狀態，但在此狀態下芯片輸出紋波較大，所以在實際使用時為了保證圖像的穩定性，芯片LTC1624應避免工作在BurstMode模式。芯片LTC1624工作模式與圖3中Rsense電阻的阻值有關，當輸出電流近似于8mV／Rsense值時，芯片LTC1624即可進入BurstMode工作狀態。所以可以通過加大Rsense阻值，從而減小8mV／Rsense值的方法來提高輕載時芯片LTC1624工作在BurstMode的發生條件。本設計中，電阻Rsense值以0．05Ω取代圖3中的0．025Ω阻值，從而使得芯片發生BurstMode工作模式的電流條件減小了1倍。經該方式處理后，－5V電源的紋波值由94V減小到了30V左右。經對－5V電源進行兩個方面的處理后，上電實測發現屏幕上的干擾雜波已經消除。

4結束語

OLED作為一種新型的顯示器件，隨著其制造及控制技術的不斷成熟和完善，未來必將成為終端顯示設備的主流產品。結合嵌入式系統與單片機各自在信號處理和控制方面的優勢，提出了一種基于二者復合的主動式OLED驅動控制電路。其中OLED屏供電直流電源的質量是影響圖像顯示效果的一個很重要的因素，其電源紋波必須控制在一定范圍內，才能避免其對圖像產生的干擾。經對所設計驅動電路的實際測試，輸出圖像顯示流暢，圖面平穩。

作者：張永麗 王偉 李偉 余濤 單位：北京石油化工學院電氣工程系