一種LED多色彩灰度掃描顯示的可編程實(shí)現(xiàn)

　　1 介紹

　　LED（lightemittingdiode）顯示屏由發(fā)光二極管陣列構(gòu)成。發(fā)光二極管（LED）是一種電流控制器件，具有亮度高、體積小、單色性好、響應(yīng)速度快、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，能勝任各種場(chǎng)合實(shí)時(shí)性、多樣性、動(dòng)態(tài)性的信息發(fā)布任務(wù)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。LED大屏幕是通過一定的控制方式，用于顯示文字、圖像、行情等各種信息以及電視、錄像信號(hào)，并由LED器件陣列組成的顯示屏幕。LED大屏幕作為現(xiàn)代信息發(fā)布的重要媒體，正受到社會(huì)各界尤其是商業(yè)界、廣告界的極大重視，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、商業(yè)、廣告、金融、體育比賽、模擬軍事演習(xí)、電子景觀等領(lǐng)域。

　　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(jí)灰度顯示，畫面穩(wěn)定清晰，取得了良好的視覺效果。

　　2 大屏幕LED的系統(tǒng)構(gòu)成

　　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16×16、16×32、24×24或32×32個(gè)顯示象素?zé)艄軜?gòu)成一個(gè)單元塊。每一個(gè)單元塊形成自身獨(dú)立的電子掃描功能、控制功能、存儲(chǔ)功能，并以此構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)；然后，再由各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)源以及通訊驅(qū)動(dòng)部件后就構(gòu)成了全點(diǎn)陣LED大屏幕電子顯示系統(tǒng)，外加一定的計(jì)算機(jī)控制部件、帶有數(shù)字化分量輸出的多媒體卡或DVI卡及電源記憶通訊驅(qū)動(dòng)部件后就構(gòu)成了全點(diǎn)陣LED大屏幕電子顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　其中的核心部分是LED掃描控制芯片，這個(gè)也是本文所要討論的重點(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(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)LED大屏幕的顯示。

　　圖1? LED大屏幕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　3? LED掃描方法和控制芯片的研究

　　1、灰度掃描方法的研究

　　對(duì)高灰度級(jí)LED大屏幕顯示而言，灰度的分層（灰度掃描）方法是視頻控制器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，由于LED的發(fā)光亮度與掃描周期內(nèi)的發(fā)光時(shí)間近似成正比，所以灰度等級(jí)的實(shí)現(xiàn)通常是由控制LED的發(fā)光時(shí)間與掃描周期的比值，即采用調(diào)制占空比來實(shí)現(xiàn)的。

　?。?）灰度掃描約束公式

　　設(shè)顯示灰度等級(jí)數(shù)為N，由于灰度級(jí)為1的像素在屏體的對(duì)應(yīng)點(diǎn)亮?xí)r間為td，因而灰度線性調(diào)制后灰度級(jí)為i的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間為itd，灰度級(jí)最高的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間為（N一l）×td.通常的考慮是在td內(nèi)完成對(duì)存儲(chǔ)器一行數(shù)據(jù)的一次讀出，同時(shí)以td為周期將讀出的一行數(shù)據(jù)打人到屏體進(jìn)行灰度顯示。由于共有N個(gè)灰度級(jí)數(shù)，幀掃描周期為：

　　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(chǔ)器讀出速率為Vo，由于必須在td內(nèi)完成存儲(chǔ)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(chǔ)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。

　?。?）256灰度級(jí)全屏掃描

　　對(duì)于256灰度級(jí)全屏掃描，高的灰度級(jí)數(shù)、高掃描幀頻與低的存儲(chǔ)器讀出速率是相互矛盾的。要獲得高的灰度級(jí)數(shù)，就必須提高存儲(chǔ)器讀出速率，或者降低幀掃描頻率，當(dāng)灰度級(jí)數(shù)較高時(shí)，以目前的集成電路實(shí)現(xiàn)水平難以達(dá)到三者的兼顧。解決的方法之一是大量采用并行結(jié)構(gòu)，但掃描頻率每減小一倍成本就增加將近一倍，而且電路的復(fù)雜程度也有所增加；另一種方法是適當(dāng)犧牲屏體顯示效率以求得幀頻與速率的折中，這種方法經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證是可行的。

　　設(shè)計(jì)中考慮到幀頻與LED屏體顯示效率的折中，采用λ=l，td=h/16，即存儲(chǔ)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^對(duì)灰度數(shù)據(jù)按位分時(shí)顯示的方法實(shí)現(xiàn)，即計(jì)算機(jī)屏幕圖像以每像素24bit輸出（紅、綠、藍(lán)各8bit）時(shí)，通過給每種顏色sbit字節(jié)的不同位分配不同的顯示時(shí)間達(dá)到灰度顯示的目的。比如，最低位（第8位）對(duì)應(yīng)1/16行顯示時(shí)間，第7位對(duì)應(yīng)1/8行顯示時(shí)間，？，第2位對(duì)應(yīng)4行顯示時(shí)間，最高位對(duì)應(yīng)8行顯示時(shí)間。屏體數(shù)據(jù)更新時(shí)間以行周期為單位，最低位對(duì)應(yīng)更新時(shí)間為1行時(shí)間，其中顯示1/l6行時(shí)間，其余15/16行時(shí)間里，由控制電路產(chǎn)生消隱信號(hào)進(jìn)行消隱，其余位類同。