复合型驱动控制电路设计范文

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显示终端作为人们获取图像信息的重要媒介，近年来获得了跨跃式发展，给人们的生活和工作带来新的改变。如传统的CRT显示器，由于其厚重、体积大等劣势，正在被平板显示器以及轻薄、大尺寸的液晶显示器所取代。目前，除少量特殊场合采用的等离子显示器PDP外，液晶LCD几乎占领了国内绝大部分的显示终端市场，已经成为市场的主流产品。但是液晶LCD显示终端由于受视角、屏幕散热及无法弯曲等使用条件的约束，使其在一些场合的应用受到了限制。近些年，随着有机电子学的发展，一种新型的有机发光二极管（OrganicLight－EmittingDiode，OLED）屏幕显示技术凭借其在低成本、大面积、柔性化以及全彩、高亮度、省电等性能方面的优势，引起了国内外产业界和学术界的普遍关注和重视。国内外在OLED制造材料［1］、结构工艺［2］、驱动控制［3］及新产品开发应用［4］等方面都在开展深入研究。可以预测在不久的将来OLED必将成为主流的显示终端设备［5］。对于有机发光二极管OLED的应用研究，除其材料、结构工艺等自身核心技术外，OLED的驱动控制电路性能也是影响其图像显示效果的一个重要因素。一方面，驱动电路要具有快速的视频信号处理能力，以保证显示图像的平滑性；另一方面也要保证显示图像稳定无杂波干扰。笔者提出了一种基于单片机和嵌入式系统的复合驱动控制系统，提升了驱动电路的视频信号处理能力，有效保证了视频图像的显示品质。

1驱动电路系统模型构建

OLED屏驱动控制电路由嵌入式系统和单片机组成。单片机和嵌入式系统依据自身特点分别实现不同的功能，系统结构框图如图1所示。单片机主要实现对OLED屏内部寄存器进行读写操作，通过对寄存器的读写操作完成对屏的初始化配置；屏的亮度、对比度等控制功能也通过单片机来实现。嵌入式系统主要功能是输出垂直同步信号（VSYNC）、水平同步信号（HSYNC）、时钟信号（DOTCLK））、使能信号（ENABLE）和RGB三色信号。OLED屏一般包含电源接口、信号接口、控制接口等接口电路。笔者以某一典型OLED屏为例，完成其与电源、单片机以及嵌入式系统外围接口电路的设计。

1．1供电电源设计采用OLED屏需要3种直流电源供电，即＋3．3、＋5V和－5V。＋3．3V是为屏内部电路提供电源；＋5V和－5V是屏所需的正电源和负电源。＋5V电源是日常使用中的最常规电源，本设计中，＋3．3V与－5V电源全部通过＋5V电源经电源变换获得。＋3．3V电源为OLED内部的电路供电，对其输出电流的要求不高，本设计中，＋5V电压到＋3．3V电压的转换采用AMS1117＿3．3芯片来完成。AMS1117＿3．3芯片是正向低压降三端稳压器，其转换电路如图2所示。－5V电源是OLED屏负的供电电压，其输出电流一般要求达到1A以上。为了保证驱动电路可靠工作，减少负荷波动对电路的影响，要求屏供电电源输出电流要达到1．5A以上。依据电源输出电流参数要求，对电源转换芯片进行了选择。选择Linear公司的电源极性转换芯片LTC1624作为＋5V电压转换至－5V电压的转换芯片，其输出－5V电压时，其输出电流可以达到2A左右。＋5V电压至－5V电压的转换电路如图3所示。

1．2OLED复位和初始化配置嵌入式系统上电后其输出信号有一定的时间延迟，因此不能在上电后对OLED进行初始化配置。对OLED的初始化配置和控制采用单片机来实现。单片机可选用性价比较高的8051系列单片机。单片机8051与OLED初始化配置接口电路如图4所示。在上电前，首先通过单片机完成对OLED屏NCS、SCL、SDA三端的初始化配置。复位电路是OLED驱动电路的重要组成部分，每次上电时都需要完成对OLED的复位操作，OLED复位信号为低电平有效。由于OLED屏在每次复位后还需要对其进行初始配置才能正常显示，可见OLED屏的复位与单片机的初始化控制在时序上一致，所以采取了OLED屏与单片机共用同一时序复位电路的方案。OLED屏复位有效电平信号为低电平有效，单片机复位有效电平信号为高电平有效。本设计中，选择了具有双电平输出的CAT1162芯片作为输出复位电平信号芯片，其供电电源为＋5V，输出高、低复位电平信号电路如图5所示。

1．3嵌入式系统与OLED接口电路PC／104是嵌入式PC的机械电气标准［6］。其具有如104总线、CRT（显示器）、键盘、鼠标、平板显示、USB、串口、CAN口等丰富的标准外围接口，这使其实际应用起来非常便利。利用PC／104中的平板显示接口作为与OLED屏图像信息输入的连接接口。HSYNC、VSYNC、DCLK分别代表嵌入式系统水平同步信号、垂直同步信号和时钟信号输出接线端，分别与OLED屏的相应信号输入端HS、VS、CLK相连接；R、G、B分别代表嵌入式系统红、绿、蓝三色显示信号输出端，分别与OLED屏的数据信号输入端子D0X、D1X、D2X的24个对应管脚连接，PC／104与OLED的外围接口电路如图6所示。

2系统软件设计

OLED屏NCS、SCL、SDA三端遵循SPI协议，数据的读写操作可根据时序进行，时序图如图7所示。NCS端为低电平有效。在SCL的下降沿时，数据被放到数据线上，在SCL的上升沿时，数据被传送出去。Index为OLED内部寄存器，在时钟的前8个周期中，将寄存器地址的低7位按从高到低的顺序依次传送到数据线上，并传送出去。在时钟的第8个周期，传送的是读写位，该位为0时进行写操作，该位为1时进行读操作。时钟的后8个周期，将寄存器中的数据放到数据线上，并按从高到低的顺序依次传送出去。程序采用了模块化设计结构，分别编制了传送寄存器地址的子程序、传送寄存器中数据的子程序，在主程序中依需要调用相关的子程序。这种编程方法不仅可以在初始化配置时使用，而且在对OLED内部寄存器进行对比度、亮度等调节操作时也可使用。

3实验测试及分析

经对样机动态图像的实验测试，在屏幕正常显示为亮度较大的蓝色屏时，屏幕会出现抖动的干扰杂波，初步分析其来自直流电源的干扰。经对屏＋5、－5V和＋3．3V供电电源进行的测试对比发现，在－5V电源上电前，＋3．3V和＋5V电源的纹波电压大约为20mV左右，此时屏上图像无明显的杂波干扰；而－5V电源上电之后，2个电源的纹波电压都增加到了80mV左右，屏幕上出现了杂波干扰。实测中发现－5V电源的纹波电压频率不高，但其幅值达到了400mV左右，某一时段波形截图如图8所示。由图8可以看出，－5V电源所产生的纹波信号对电路的影响很大，必须采取措施加以抑制。对于直流电源输出的低频干扰信号，在芯片电源输出端采用电解电容进行滤波，以滤除电源产生的低频干扰信号。经对－5V电源的电容滤波处理，使其纹波由400mV下降到了90mV左右，如图9所示。此时屏幕杂波虽然减少，但依旧存在纹波所产生的杂波干扰，必须进一步采取措施。对于LTC1624电源极性转换芯片，当其在轻载时输出电流较小，芯片为了减少能量损耗，此时芯片工作在BurstMode状态，但在此状态下芯片输出纹波较大，所以在实际使用时为了保证图像的稳定性，芯片LTC1624应避免工作在BurstMode模式。芯片LTC1624工作模式与图3中Rsense电阻的阻值有关，当输出电流近似于8mV／Rsense值时，芯片LTC1624即可进入BurstMode工作状态。所以可以通过加大Rsense阻值，从而减小8mV／Rsense值的方法来提高轻载时芯片LTC1624工作在BurstMode的发生条件。本设计中，电阻Rsense值以0．05Ω取代图3中的0．025Ω阻值，从而使得芯片发生BurstMode工作模式的电流条件减小了1倍。经该方式处理后，－5V电源的纹波值由94V减小到了30V左右。经对－5V电源进行两个方面的处理后，上电实测发现屏幕上的干扰杂波已经消除。

4结束语

OLED作为一种新型的显示器件，随着其制造及控制技术的不断成熟和完善，未来必将成为终端显示设备的主流产品。结合嵌入式系统与单片机各自在信号处理和控制方面的优势，提出了一种基于二者复合的主动式OLED驱动控制电路。其中OLED屏供电直流电源的质量是影响图像显示效果的一个很重要的因素，其电源纹波必须控制在一定范围内，才能避免其对图像产生的干扰。经对所设计驱动电路的实际测试，输出图像显示流畅，图面平稳。

作者：张永丽 王伟 李伟 余涛 单位：北京石油化工学院电气工程系