LED顯示屏廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、商業(yè)、廣告、金融、體育、模擬軍事演習(xí)、電子景觀等領(lǐng)域。高清LED顯示屏，顯色性好，響應(yīng)速度快，安裝方便。它已經(jīng)成為受歡迎的戶外顯示媒體。
本論文介紹了一種8 位并行輸入LED 顯示驅(qū)動(dòng)芯片， 在大屏幕LED 顯示系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了從白到黑的多色彩的256 級灰度顯示， 畫面穩(wěn)定清晰， 取得了良好的視覺效果。
LED大屏幕系統(tǒng)配置
考慮到LED電氣特性以及機(jī)械安裝等實(shí)際應(yīng)用的要求，無論是室內(nèi)LED電子顯示系統(tǒng)或是室外LED電子顯示屏，在結(jié)構(gòu)上都采用了標(biāo)準(zhǔn)單元塊的形式，即采用16&TImes;16、16&TImes;32、24&TImes;24或32 32個(gè)顯示象素?zé)艄軜?gòu)成一個(gè)單元塊。每個(gè)單元塊形成自己的獨(dú)立電子掃描功能、控制功能和存儲功能，并形成獨(dú)立的子系統(tǒng)。然后，通過每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)源和通信驅(qū)動(dòng)組件構(gòu)建全點(diǎn)陣LED顯示屏的大屏幕電子顯示系統(tǒng)，并添加一定的計(jì)算機(jī)控制組件。在具有數(shù)字分量輸出的多媒體卡或DVI卡和功率存儲器通信驅(qū)動(dòng)器組件之后，形成全點(diǎn)陣LED大屏幕電子顯示系統(tǒng)。
核心部分是led掃描控制芯片，也是本文研究的重點(diǎn)。該芯片為８位并行輸入的ＬＥＤ顯示驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，可驅(qū)動(dòng)１６×８的ＬＥＤ屏體，應(yīng)用在ＬＥＤ大屏幕上可以通過多片級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)ＬＥＤ大屏幕的顯示。
LED掃描方法及控制芯片的研究
1、研究1中，灰度的掃描方法
對于高灰度 led 大屏幕顯示，灰度分層(灰度掃描)方法是視頻控制器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因?yàn)?led 的亮度與掃描周期中的時(shí)間近似成正比，所以灰度級的實(shí)現(xiàn)通常由 led 的發(fā)光時(shí)間與掃描周期的比值控制，即采用調(diào)制占空比來實(shí)現(xiàn)。
（1）灰度掃描約束公式
將顯示灰度值設(shè)為N，因?yàn)槠馏w內(nèi)灰度1的像素對應(yīng)的點(diǎn)亮?xí)r間為TD，所以灰度線性調(diào)制后灰度I的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間為ITD，灰度高的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間為（N-l）×TD共同的考慮是在TD中完成一行數(shù)據(jù)的讀出，而數(shù)據(jù)的讀取線在TD處被命中用于灰度顯示的屏幕。因?yàn)橛?n 個(gè)灰度系列，幀掃描周期是:
T=n×td×m（1）
屏體顯示效率：η=（N一l）×td×m/T=（N一l）/N（2）
設(shè)視頻數(shù)據(jù)輸人速率為VI,存儲器讀出速率為Vo,由于必須在td內(nèi)完成存儲單元內(nèi)一行數(shù)據(jù)的一次讀出，故有：Vo/Vi＞=h/（td×n）（3），設(shè)λ為存儲器讀出與輸人速率的比值，即λ=Vo/Vi,將（l）式代人（3）式中，有：λ＞=h×N×m/（T×n）（4）
為保證圖像的穩(wěn)定顯示，掃描幀頻必須足夠高，設(shè)F＞=F0（即T＜=T0,T0=1/F0），F(xiàn)0為人眼可接受的掃描幀頻（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）即為灰度掃描約束公式。
（2）256灰度級全屏掃描
由以上分析可知，高的灰度級數(shù)、高掃描幀頻與低的存儲器讀出速率是相互矛盾的。為了獲得較高的灰度級數(shù)列，需要提高存儲器的讀取速率或降低幀掃描頻率。 當(dāng)灰度級數(shù)較高時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)三者之間的平衡。解決方案之一是采用大量的并行結(jié)構(gòu)，但隨著掃描頻率的降低，掃描頻率的開銷幾乎增加了一倍，電路的復(fù)雜度也隨之增加。另一種方法是犧牲屏幕的顯示效率，得到幀速率和速率的折衷，實(shí)踐證明是可行的。
設(shè)計(jì)中考慮到幀頻與LED顯示屏效率的折中，采用λ=l, td=h/16, 即存儲器讀出速率等于數(shù)據(jù)輸人速率， 顯示基本時(shí)間單位為1/16 倍行周期?；叶葤呙柰ㄟ^灰度數(shù)據(jù)的分時(shí)顯示實(shí)現(xiàn)，即當(dāng)計(jì)算機(jī)屏幕圖像以每像素24位(紅、綠、藍(lán)各8位)輸出時(shí)，通過對每種顏色的不同位元字節(jié)分配不同的顯示時(shí)間來實(shí)現(xiàn)灰度顯示。比如， 低位（第8 位）對應(yīng)1/16 行顯示時(shí)間， 第7 位對應(yīng)1/8 行顯示時(shí)間， ?, 第2 位對應(yīng)4 行顯示時(shí)間， 高位對應(yīng)8 行顯示時(shí)間。屏幕數(shù)據(jù)的更新時(shí)間為在線周期，對應(yīng)于低級的更新時(shí)間為1行時(shí)間，其中顯示1／L6行時(shí)間，在剩余的15/16行時(shí)間中，由控制電路生成的消隱信號用于消隱，其余位相似。
2、LED掃描控制芯片
通過數(shù)據(jù)比較后，使用恒定電流源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本文中，控制單元可被設(shè)計(jì)為從白色到黑色顯示實(shí)現(xiàn)256級灰度。該顯示控制芯片具有與時(shí)鐘同步的8 位并行輸入端口， 內(nèi)含16 個(gè)8 位的移位寄存器和16 個(gè)8 位的數(shù)據(jù)鎖存器， 可以對8 位并行數(shù)據(jù)進(jìn)行移位并鎖存?？刂菩酒?的掃描和顯示的圖圖。
當(dāng)電路開始工作時(shí)， 8 位并行數(shù)據(jù)在移位時(shí)鐘脈沖的作用下打入芯片的移位寄存器模塊中， 其內(nèi)部含有16 個(gè)移位寄存器， 故移位16 次后，數(shù)據(jù)將從該芯片的DOUT0~DOUT7 輸出到下一芯片； 同時(shí)將移位所得的16 個(gè)8 位數(shù)據(jù)輸入到鎖存器中鎖存。此時(shí)，只要輸出控制信號低，并給出同一行的行選擇信號同時(shí)打開輸出，各列就可以開始輸出恒流。同時(shí)，8位計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)灰度時(shí)鐘.當(dāng)計(jì)數(shù)值等于存儲在所述列中的灰度值時(shí)，該列的恒流輸出結(jié)束，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)LED的顯示時(shí)間控制，即占空比控制。如果使用10個(gè)顯示控制單元來驅(qū)動(dòng)LED顯示屏連接，則可通過并行移動(dòng)行數(shù)據(jù)160次來完成行數(shù)據(jù)的傳輸。
運(yùn)用VerilogHDL編寫代碼并用Modelsim仿真軟件對該電路代碼進(jìn)行編譯仿真，
從時(shí)序圖我們可以看到在控制面:
enable、rsel、bc_ena、latch等控制端的控制下，可以按照不同的需求來實(shí)現(xiàn)對不同灰度和亮度的實(shí)現(xiàn)。在灰度控制單元中，數(shù)據(jù)經(jīng)過16次脈沖后傳輸?shù)捷敵龆说妮敵龆耍?列或16列輸出可調(diào)，通過調(diào)整啟用、 bc 和鎖存器的值可以調(diào)整輸出數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)亮度控制功能。
相同的名稱線中的每部分的總傳輸時(shí)間等于可以獲得行周期和一個(gè)點(diǎn)（行）周期，即，行周期的數(shù)量=幀周期/掃描類型的值相同的名稱行的顯示時(shí)間，點(diǎn)周期=行周期/（每行點(diǎn)×部件號）。若幀頻為120Hz ,則幀周期為1/120s = 8.33ms，根據(jù)掃描方式為1/16可將80行分為5個(gè)16行,每行160 列,這樣,行周期即為520.6μs；點(diǎn)周期為650.75ns；點(diǎn)頻為1.54×106Hz。
3結(jié)論
LED顯示屏大屏幕視頻控制器中的灰度掃描方法，本文提出了256灰度級掃描時(shí)的實(shí)現(xiàn)方案，創(chuàng)新點(diǎn)在于并設(shè)計(jì)了一款從暗到亮的256級灰度顯示的LED顯示控制芯片，在本設(shè)計(jì)中幀頻可達(dá)120Hz,行周期為520.6μs,點(diǎn)周期為650.75ns;點(diǎn)頻為1.54×106Hz.該芯片可以通過多個(gè)級聯(lián)驅(qū)動(dòng)LED大屏幕，具有良好的應(yīng)用前景。
