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LED大屏幕系统配置讲解

文章来源:重庆彩光科技 阅读次数: 发表时间:2019-12-18
LED显示屏广泛应用于工业、交通、商业、广告、金融、体育、模拟军事演习、电子景观等领域。高清LED显示屏,显色性好,响应速度快,安装方便。它已经成为受欢迎的户外显示媒体。
  本论文先容了一种8 位并行输入LED 显示驱动芯片, 在大屏幕LED 显示系统中实现了从白到黑的多色彩的256 级灰度显示, 画面稳定清晰, 取得了良好的视觉效果。
LED显示屏.jpg
 
LED大屏幕系统配置
  考虑到LED电气特性以及机械安装等实际应用的要求,无论是室内LED电子显示系统或是室外LED电子显示屏,在结构上都采用了标准单元块的形式,即采用16&TImes;16、16&TImes;32、24&TImes;24或32 32个显示象素灯管构成一个单元块。每个单元块形成自己的独立电子扫描功能、控制功能和存储功能,并形成独立的子系统。然后,通过每个标准源和通信驱动组件构建全点阵LED显示屏的大屏幕电子显示系统,并添加一定的计算机控制组件。在具有数字分量输出的多媒体卡或DVI卡和功率存储器通信驱动器组件之后,形成全点阵LED大屏幕电子显示系统。
核心部分是led扫描控制芯片,也是本文研究的重点。该芯片为8位并行输入的LED显示驱动结构,可驱动16×8的LED屏体,应用在LED大屏幕上可以通过多片级联来实现LED大屏幕的显示。
LED扫描方法及控制芯片的研究
1、研究1中,灰度的扫描方法
对于高灰度 led 大屏幕显示,灰度分层(灰度扫描)方法是视频控制器设计的关键,因为 led 的亮度与扫描周期中的时间近似成正比,所以灰度级的实现通常由 led 的发光时间与扫描周期的比值控制,即采用调制占空比来实现。
(1)灰度扫描约束公式
将显示灰度值设为N,因为屏体内灰度1的像素对应的点亮时间为TD,所以灰度线性调制后灰度I的数据显示时间为ITD,灰度高的数据显示时间为(N-l)×TD共同的考虑是在TD中完成一行数据的读出,而数据的读取线在TD处被命中用于灰度显示的屏幕。因为有 n 个灰度系列,帧扫描周期是:
T=n×td×m(1)
屏体显示效率:η=(N一l)×td×m/T=(N一l)/N(2)
设视频数据输人速率为VI,存储器读出速率为Vo,由于必须在td内完成存储单元内一行数据的一次读出,故有:Vo/Vi>=h/(td×n)(3),设λ为存储器读出与输人速率的比值,即λ=Vo/Vi,将(l)式代人(3)式中,有:λ>=h×N×m/(T×n)(4)
为保证图像的稳定显示,扫描帧频必须足够高,设F>=F0(即T<=T0,T0=1/F0),F0为人眼可接受的扫描帧频(F0>=60),代入(4)式得:λ>=h×N×m/(T0×n)(5),代入(1)式得:td=T0/(N×m)(6),式(5)和(6)即为灰度扫描约束公式。
(2)256灰度级全屏扫描
由以上分析可知,高的灰度级数、高扫描帧频与低的存储器读出速率是相互矛盾的。为了获得较高的灰度级数列,需要提高存储器的读取速率或降低帧扫描频率。 当灰度级数较高时,很难实现三者之间的平衡。解决方案之一是采用大量的并行结构,但随着扫描频率的降低,扫描频率的开销几乎增加了一倍,电路的复杂度也随之增加。另一种方法是牺牲屏幕的显示效率,得到帧速率和速率的折衷,实践证明是可行的。
  设计中考虑到帧频与LED显示屏效率的折中,采用λ=l, td=h/16, 即存储器读出速率等于数据输人速率, 显示基本时间单位为1/16 倍行周期。灰度扫描通过灰度数据的分时显示实现,即当计算机屏幕图像以每像素24位(红、绿、蓝各8位)输出时,通过对每种颜色的不同位元字节分配不同的显示时间来实现灰度显示。比如, 低位(第8 位)对应1/16 行显示时间, 第7 位对应1/8 行显示时间, ?, 第2 位对应4 行显示时间, 高位对应8 行显示时间。屏幕数据的更新时间为在线周期,对应于低级的更新时间为1行时间,其中显示1/L6行时间,在剩余的15/16行时间中,由控制电路生成的消隐信号用于消隐,其余位相似。
2、LED扫描控制芯片
通过数据比较后,使用恒定电流源驱动系统本文中,控制单元可被设计为从白色到黑色显示实现256级灰度。该显示控制芯片具有与时钟同步的8 位并行输入端口, 内含16 个8 位的移位寄存器和16 个8 位的数据锁存器, 可以对8 位并行数据进行移位并锁存。控制芯片2的扫描和显示的图图。
  当电路开始工作时, 8 位并行数据在移位时钟脉冲的作用下打入芯片的移位寄存器模块中, 其内部含有16 个移位寄存器, 故移位16 次后,数据将从该芯片的DOUT0~DOUT7 输出到下一芯片; 同时将移位所得的16 个8 位数据输入到锁存器中锁存。此时,只要输出控制信号低,并给出同一行的行选择信号同时打开输出,各列就可以开始输出恒流。同时,8位计数器开始计数灰度时钟.当计数值等于存储在所述列中的灰度值时,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。如果使用10个显示控制单元来驱动LED显示屏连接,则可通过并行移动行数据160次来完成行数据的传输。
运用VerilogHDL编写代码并用Modelsim仿真App对该电路代码进行编译仿真,
从时序图大家可以看到在控制面:
enable、rsel、bc_ena、latch等控制端的控制下,可以按照不同的需求来实现对不同灰度和亮度的实现。在灰度控制单元中,数据经过16次脉冲后传输到输出端的输出端,8列或16列输出可调,通过调整启用、 bc 和锁存器的值可以调整输出数据,从而准确地实现亮度控制功能。
相同的名称线中的每部分的总传输时间等于可以获得行周期和一个点(行)周期,即,行周期的数量=帧周期/扫描类型的值相同的名称行的显示时间,点周期=行周期/(每行点×部件号)。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520.6μs;点周期为650.75ns;点频为1.54×106Hz。
3结论
LED显示屏大屏幕视频控制器中的灰度扫描方法,本文提出了256灰度级扫描时的实现方案,创新点在于并设计了一款从暗到亮的256级灰度显示的LED显示控制芯片,在本设计中帧频可达120Hz,行周期为520.6μs,点周期为650.75ns;点频为1.54×106Hz.该芯片可以通过多个级联驱动LED大屏幕,具有良好的应用前景。
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