OSRAM可编程显示屏PD243X、PD353X、PD443X技术剖析

在电子设备显示领域，OSRAM推出的PD243X、PD353X、PD443X系列4字符5x7点阵字母数字可编程显示屏是一款值得深入研究的产品。下面，我们就从多个方面来详细剖析这款显示屏。

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产品概述

基本结构与技术

这些可编程显示屏是四位显示系统模块。不同型号的字符尺寸有所不同，例如PD243X字符尺寸为5.08 mm x 3.56 mm ，PD353X为6.86 mm x 5.08 mm ，PD443X为11.43 mm x 6.86 mm ，采用了最新的发光二极管固态技术构建5x7点阵阵列。驱动和控制LED阵列的是硅栅CMOS集成电路，该集成电路提供了所有必要的LED驱动器和完整的多路复用控制逻辑。

功能特点

该集成电路具备必要的ROM来解码128个ASCII字母数字字符，还有足够的RAM来存储显示屏完整的四位ASCII信息及特殊属性。这些属性包括灯测试、亮度控制、显示光标、交替显示光标和字符以及闪烁光标或字符等，且都可由用户通过软件编程控制。同时，CMOS IC还集成了特殊的接口控制电路，允许用户将该模块作为完全支持的微处理器外设进行控制。

产品特性

显示特性

• 颜色与尺寸：有高效红色、红色和亮绿色三种颜色可选，不同型号的字符高度分别为5.08 mm（PD2435/6/7）、6.86 mm（PD3535/6/7）、11.43 mm（PD4435/6/7）。
• 视角：具有宽视角，X轴±55°，Y轴±65°，方便从不同角度观看。
• 发光强度分类：对发光强度进行了分类，保证显示效果的一致性。

电气特性

• 数据总线：采用8位双向数据总线，具备读写能力，方便与其他设备进行数据交互。
• 时钟控制：支持内部或外部时钟，可根据实际需求灵活选择。
• 软件控制功能：拥有可编程高亮属性（闪烁、不闪烁）、异步内存清除功能、灯测试、显示空白功能、单字符或多字符闪烁功能以及可编程强度（三个亮度级别）等软件控制特性。
• 工作温度范围：PD243X和PD353X的工作温度范围为 -40°C至 +85°C，PD443X为 -40°C至 +70°C，能适应较宽的环境温度。

技术参数

最大额定值

参数	符号	PD243X	PD353X	PD443X	单位
工作温度范围	T_op	-40 … +85	-40…+70	°C
存储温度范围	T_stg	-40 … +100			°C
视角（偏离法线轴）	2ϕ（水平/垂直）	±55 ±65	±55 ±65	±40 ±65	deg
直流电源电压		-0.5 to +7.0			Vdc
相对于GND的输入电压（所有输入）		-0.5 to V_CC +0.5			Vdc
焊接温度（座面以下1.59 mm，t < 5.0 s）	T_s	260			°C

特性参数

在TA = 25°C的条件下，不同颜色型号的波长、字符高度、时间平均发光强度等参数如下：	参数	高效红色PDx435	红色PDx436	绿色PDx437	单位
峰值发射波长（IF = 50 mA）	630	660	565	nm
字符高度	0.145 3.7	0.145 3.7	0.145 3.7	inch/mm
时间平均发光强度（最小值）	90	30	90	µcd/LED
LED间强度匹配（最大值）	1.8:1.0	1.8:1.0	1.8:1.0
器件间（同一分档）（最大值）	1.5:1.0	1.5:1.0	1.5:1.0
分档间（相邻分档）（最大值）	1.9:1.0	1.9:1.0	1.9:1.0

直流特性（25°C）

参数	最小值	典型值	最大值	单位	条件
V_CC	4.5	5.0	5.5	Volts	标称
I_CC（空白）		2.5	3.5	mA	V_CC = 5.0 V，A2 = 1，所有其他输入低
I_CC（80个LED/单元，100%亮度） PD243X PD353X PD443X		115 145 150	130 165 170	mA	V_CC = 5.0 V
V_IL			0.8	Volts	V_CC = 4.5 V至5.5 V
V_IH	2.0			Volts	V_CC = 4.5 V至5.5 V
I_IL（除D0至D7）	25		100	µA	V_CC = 4.5 V至5.5 V，V_IN = 0.8 V
V_OL			0.4	Volts	V_CC = 4.5 V至5.5 V
V_OH	2.4			Volts	V_CC = 4.5 V至5.5 V
I_OH	-8.9			mA	V_CC = 4.5 V，V_OH = 2.4 V
I_OL	1.6			mA	V_CC = 4.5 V，V_OL = 0.4 V
数据I/O总线负载			100	pF
时钟I/O总线负载			240	pF

引脚分配与定义

引脚	功能	定义	引脚	功能	定义
1	RD	低电平有效，使处理器能够读取显示屏中的所有寄存器	11	WR	写，低电平有效。如果设备被选中，写输入低电平将数据加载到内存中
2	CLK I/O	如果CLK SEL（引脚3）为低，则期望外部时钟源输入此引脚；如果CLK SEL为高，则此引脚将成为所有CLK SEL为低的其他设备的主时钟源	12	D7	数据总线位7（最高有效位）
3	CLKSEL	时钟选择，确定引脚2的操作，详见级联部分示例	13	D6	数据总线位6
4	RST	复位，用于同步闪烁，不会清除显示屏。复位脉冲应小于1 ms	14	D5	数据总线位5
5	CE1	芯片使能（高电平有效）	15	D4	数据总线位4
6	CE0	芯片使能（低电平有效）	16	D3	数据总线位3
7	A2	地址输入（最高有效位）	17	D2	数据总线位2
8	A1	地址输入	18	D1	数据总线位1
9	A0	地址输入（最低有效位）	19	D0	数据总线位0（最低有效位）
10	GND	接地	20	V_CC	正电源引脚

寄存器与地址

寄存器

显示屏内有五个寄存器，其中四个用于保存四个显示字符的ASCII/属性代码，第五个是控制字寄存器，用于控制整个显示屏的闪烁、空白、清除、调光或更改单个字符的显示属性。

地址

A2	A1	A0	地址内容
0	X	X	控制字
1	0	0	数字0（最右侧）
1	0	1	数字1
1	1	0	数字2
1	1	1	数字3（最左侧）

控制字的不同位具有不同的功能，例如D0和D1用于设置显示屏的亮度，D2 - D4控制具有D7位设置为1的显示数字的视觉属性，D5用于使整个显示屏闪烁，D6用于进行灯测试，D7用于清除显示屏。

信息加载与显示

加载步骤

以显示“STOP”为例，信息加载步骤如下：

1. 设置亮度：将整个显示屏的亮度设置为所需级别（例如100%）。
2. 加载四个字符：依次在左侧数字加载“S”、“T”、“O”、“P”。
3. 闪烁单个字符：在右数第二个数字加载十六进制代码“CF”（“O”加上D7控制位），并在控制字寄存器中加载使能闪烁字符的命令。
4. 添加另一个闪烁字符：在左侧数字加载十六进制代码“D3”（“S”加上D7控制位）。
5. 交替字符/光标使能：使“O”和“S”在字母和光标（所有点点亮）之间交替显示。
6. 启动四个字符闪烁：加载使能显示屏闪烁的命令，使整个单词“STOP”闪烁。

典型加载序列

步骤	CEO	CE1	RD	WR	A2	A1	A0	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	显示
1	L	H	H	L	L	X	X	0	0	0	0	0	0	1	1
2	L	H	H	L	H	H	H	0	1	0	1	0	0	1	1	S
3	L	H	H	L	H	H	L	0	1	0	1	0	1	0	0	ST
4	L	H	H	L	H	L	H	0	1	0	0	1	1	1	1	STO
5	L	H	H	L	H	L	L	0	1	0	1	0	0	0	0	STOP
6	L	H	H	L	H	L	H	1	1	0	0	1	1	1	1	STOP
7	L	H	H	L	L	X	X	0	0	0	1	0	1	1	1	STO*P
8	L	H	H	L	H	H	H	1	1	0	1	0	0	1	1	STOP
9	L	H	H	L	L	X	X	0	0	0	1	1	1	1	1	S†TO†P
10	L	H	H	L	L	X	X	0	0	1	0	0	0	1	1	STOP

注：* 表示闪烁字符，† 表示字符与光标（所有点点亮）交替显示。

电气与机械考虑

电源管理

• 关机顺序：先将显示屏的输入信号三态化以浮空所有有源信号，然后关闭显示屏电源，避免对内置的静电放电保护和闩锁保护造成过应力。
• 开机顺序：先将显示屏的输入信号三态化以浮空所有有源信号，然后施加V_CC和GND到显示屏，最后根据应用需求使能所有输入信号。

焊接与清洁

• 焊接：可以使用接地烙铁设置为260°C进行手工焊接，也可进行波峰焊，但需注意预热温度不超过93°C（PCB板焊接面）或85°C（封装表面温度），使用合适的助焊剂，波峰温度为245°C ±5°C，停留时间在1.5秒至3.0秒之间，且封装不应浸入波峰中。
• 清洁：可使用60°C的热去离子水清洗不超过15分钟，也可添加温和的皂化剂；如需更快清洁，可使用TF、TA、未加热的丙酮等溶剂，但需注意避免使用含有酒精、甲醇等的溶剂。另外，也可使用插座代替焊接和清洁。

保护措施

• 静电放电保护：操作时应遵循标准的ESD保护程序，操作人员应佩戴合适的接地腕带、脚腕带或脚带，避免穿着易产生静电的衣物，工作表面、工具和运输载体应适当接地。
• 闩锁保护：为防止CMOS IC发生闩锁现象，可采用电压瞬态抑制技术和缓冲接口，同时遵循正确的电源开关顺序。

光学考虑

可读性与滤光片

这些显示屏的字符高度允许在八英尺内实现可读。通过选择合适的滤光片，可以提高显示的对比度，增强不同字符的辨识度。不同颜色的显示屏应匹配相应的滤光片，例如高效红色显示屏（PD2435/3535/4435）应匹配570 nm至590 nm的长波长通滤光片，标准红色显示屏（PD2436/3536/4436）应匹配600 nm至620 nm的长波长通滤光片，绿色显示屏（PD2437/3537/4437）应匹配峰值为565 nm的黄绿带通滤光片。对于多色显示屏，中性密度灰色滤光片是最佳折衷方案。

对比度增强

通过对显示屏进行遮光处理、使用带内置百叶窗的塑料带通滤光片以及采用抗反射涂层等方法，可以进一步增强对比度，但需注意可能会导致字符模糊的问题，应将滤光片靠近显示屏安装，并确保适当的空气流通以避免滤光片过热。此外，使用圆偏振、抗反射、带通滤光片可以在任何条件下实现最佳的滤光增强效果，适当选择显示屏的强度可以实现10,000英尺烛光阳光可视图。

OSRAM的PD243X、PD353X、PD443X系列可编程显示屏在显示性能、功能特性和电气兼容性等方面都表现出色。电子工程师在设计相关产品时，可以根据具体需求充分利用这些特性，同时注意在电气、机械和光学等方面的考虑因素，以确保产品的稳定性和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似显示屏的问题呢？欢迎在评论区分享交流。