摘要：本文在分析LED顯示屏的顯示掃描控製方法的基礎上，提出了用並行結構實現高灰度掃描控製的方案，設計了基於(yu) FPGA的8位並行輸入LED掃描控製芯片，並結合外圍電路、顯示麵板及計算機構成了LED大屏幕顯示係統，實現了LED顯示屏的256級灰度顯示，在簡化係統硬件結構的前提下取得了清晰穩定的畫麵顯示。

1介紹

       LED（lightemittingdiode）顯示屏由發光二極管陣列構成。發光二極管（LED）是一種電流控製器件，具有亮度高、體(ti) 積小、單色性好、響應速度快、驅動簡單、壽命長等優(you) 點，能勝任各種場合實時性、多樣性、動態性的信息發布任務，因此得到了廣泛的應用。LED大屏幕是通過一定的控製方式，用於(yu) 顯示文字、圖像、行情等各種信息以及電視、錄像信號，並由LED器件陣列組成的顯示屏幕。LED大屏幕作為(wei) 現代信息發布的重要媒體(ti) ，正受到社會(hui) 各界尤其是商業(ye) 界、廣告界的極大重視，被廣泛應用於(yu) 工業(ye) 、交通、商業(ye) 、廣告、金融、體(ti) 育比賽、模擬軍(jun) 事演習(xi) 、電子景觀等領域。

本論文介紹了一種8位並行輸入LED顯示驅動芯片，在大屏幕LED顯示係統中實現了從(cong) 白到黑的多色彩的256級灰度顯示，畫麵穩定清晰，取得了良好的視覺效果。

2大屏幕LED的係統構成

       考慮到LED電氣特性以及機械安裝等實際應用的要求，無論是室內(nei) LED電子顯示係統或是室外LED電子顯示屏，在結構上都采用了標準單元塊的形式，即采用16×16、16×32、24×24或32×32個(ge) 顯示象素燈管構成一個(ge) 單元塊。每一個(ge) 單元塊形成自身獨立的電子掃描功能、控製功能、存儲(chu) 功能，並以此構成一個(ge) 獨立的子係統；然後，再由各個(ge) 標準源以及通訊驅動部件後就構成了全點陣LED大屏幕電子顯示係統，外加一定的計算機控製部件、帶有數字化分量輸出的多媒體(ti) 卡或DVI卡及電源記憶通訊驅動部件後就構成了全點陣LED大屏幕電子顯示係統。該係統的結構框圖如圖1所示。

       其中的核心部分是LED掃描控製芯片，這個(ge) 也是本文所要討論的重點。該芯片為(wei) 8位並行輸入的LED顯示驅動結構，可驅動16×8的LED屏體(ti) ，應用在LED大屏幕上可以通過多片級聯來實現LED大屏幕的顯示。

                                                                圖1LED大屏幕係統結構框圖

3LED掃描方法和控製芯片的研究

1、灰度掃描方法的研究

        對高灰度級LED大屏幕顯示而言，灰度的分層（灰度掃描）方法是視頻控製器設計的關(guan) 鍵，由於(yu) LED的發光亮度與(yu) 掃描周期內(nei) 的發光時間近似成正比，所以灰度等級的實現通常是由控製LED的發光時間與(yu) 掃描周期的比值，即采用調製占空比來實現的。

（1）灰度掃描約束公式

       設顯示灰度等級數為(wei) N,由於(yu) 灰度級為(wei) 1的像素在屏體(ti) 的對應點亮時間為(wei) td,因而灰度線性調製後灰度級為(wei) i的數據顯示時間為(wei) itd,灰度級最高的數據顯示時間為(wei) （N一l）×td.通常的考慮是在td內(nei) 完成對存儲(chu) 器一行數據的一次讀出，同時以td為(wei) 周期將讀出的一行數據打人到屏體(ti) 進行灰度顯示。由於(yu) 共有N個(ge) 灰度級數，幀掃描周期為(wei) ：

       T=n×td×m（1）

       屏體(ti) 顯示效率：η=(N一l)×td×m/T=(N一l)/N(2)

       設視頻數據輸人速率為(wei) VI,存儲(chu) 器讀出速率為(wei) Vo,由於(yu) 必須在td內(nei) 完成存儲(chu) 單元內(nei) 一行數據的一次讀出，故有：Vo/Vi>=h/(td×n)(3)

       設λ為(wei) 存儲(chu) 器讀出與(yu) 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(wei) 保證圖像的穩定顯示，掃描幀頻必須足夠高，設F>=F0（即T<=T0,T0=1/F0），F0為(wei) 人眼可接受的掃描幀率（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(wei) 灰度掃描約束公式。

（2）256灰度級全屏掃描

       對於(yu) 256灰度級全屏掃描，高的灰度級數、高掃描幀頻與(yu) 低的存儲(chu) 器讀出速率是相互矛盾的。要獲得高的灰度級數，就必須提高存儲(chu) 器讀出速率，或者降低幀掃描頻率，當灰度級數較高時，以目前的集成電路實現水平難以達到三者的兼顧。解決(jue) 的方法之一是大量采用並行結構，但掃描頻率每減小一倍成本就增加將近一倍，而且電路的複雜程度也有所增加；另一種方法是適當犧牲屏體(ti) 顯示效率以求得幀頻與(yu) 速率的折中，這種方法經實踐驗證是可行的。

       設計中考慮到幀頻與(yu) LED屏體(ti) 顯示效率的折中，采用λ=l,td=h/16,即存儲(chu) 器讀出速率等於(yu) 數據輸人速率，顯示基本時間單位為(wei) 1/16倍行周期。灰度掃描通過對灰度數據按位分時顯示的方法實現，即計算機屏幕圖像以每像素24bit輸出（紅、綠、藍各8bit）時，通過給每種顏色sbit字節的不同位分配不同的顯示時間達到灰度顯示的目的。比如，最低位（第8位）對應1/16行顯示時間，第7位對應1/8行顯示時間，?,第2位對應4行顯示時間，最高位對應8行顯示時間。屏體(ti) 數據更新時間以行周期為(wei) 單位，最低位對應更新時間為(wei) 1行時間，其中顯示1/l6行時間，其餘(yu) 15/16行時間裏，由控製電路產(chan) 生消隱信號進行消隱，其餘(yu) 位類同。

2、LED掃描控製芯片

       通過數據比較之後，本論文采用了恒流源驅動方式，設計了一款可以實現從(cong) 白到黑的256級灰度顯示的控製單元。該顯示控製芯片具有與(yu) 時鍾同步的8位並行輸入端口，內(nei) 含16個(ge) 8位的移位寄存器和16個(ge) 8位的數據鎖存器，可以對8位並行數據進行移位並鎖存。圖2為(wei) 該掃描和顯示控製芯片的電路圖。

                                                                   圖2.掃描和顯示控製芯片電路圖

       當電路開始工作時，8位並行數據在移位時鍾脈衝(chong) 的作用下打入芯片的移位寄存器模塊中，其內(nei) 部含有16個(ge) 移位寄存器，故移位16次後，數據將從(cong) 該芯片的DOUT0~DOUT7輸出到下一芯片；同時將移位所得的16個(ge) 8位數據輸入到鎖存器中鎖存。這時隻要輸出控製信號為(wei) 低，並給出同名行的行選通信號同時使輸出開放，各列即可開始輸出恒流，同時8位計數器開始對灰度級時鍾進行計數，當計數值與(yu) 該列所存儲(chu) 的灰度值相等時，該列的恒流輸出結束，從(cong) 而實現相應LED的顯示時間控製，即占空比控製。若采用10個(ge) 該顯示控製單元級聯驅動LED顯示屏，則一直並行移位160次就可完成第一行數據的傳(chuan) 輸。