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一种LED多色彩灰度扫描显示的可编程实现

时间:04-17 来源:本站整理 点击:

  1 介绍

  LED(lightemittingdiode)显示屏由发光二极管阵列构成。发光二极管(LED)是一种电流控制器件,具有亮度高、体积小、单色性好、响应速度快、驱动简单、寿命长等优点,能胜任各种场合实时性、多样性、动态性的信息发布任务,因此得到了广泛的应用。LED大屏幕是通过一定的控制方式,用于显示文字、图像、行情等各种信息以及电视、录像信号,并由LED器件阵列组成的显示屏幕。LED大屏幕作为现代信息发布的重要媒体,正受到社会各界尤其是商业界、广告界的极大重视,被广泛应用于工业、交通、商业、广告、金融、体育比赛、模拟军事演习、电子景观等领域。

  本论文介绍了一种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。

  2 大屏幕LED的系统构成

  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16×16、16×32、24×24或32×32个显示象素灯管构成一个单元块。每一个单元块形成自身独立的电子扫描功能、控制功能、存储功能,并以此构成一个独立的子系统;然后,再由各个标准源以及通讯驱动部件后就构成了全点阵LED大屏幕电子显示系统,外加一定的计算机控制部件、带有数字化分量输出的多媒体卡或DVI卡及电源记忆通讯驱动部件后就构成了全点阵LED大屏幕电子显示系统。该系统的结构框图如图1所示。

  其中的核心部分是LED扫描控制芯片,这个也是本文所要讨论的重点。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。

  

  图1  LED大屏幕系统结构框图

  3  LED扫描方法和控制芯片的研究

  1、灰度扫描方法的研究

  对高灰度级LED大屏幕显示而言,灰度的分层(灰度扫描)方法是视频控制器设计的关键,由于LED的发光亮度与扫描周期内的发光时间近似成正比,所以灰度等级的实现通常是由控制LED的发光时间与扫描周期的比值,即采用调制占空比来实现的。

  (1)灰度扫描约束公式

  设显示灰度等级数为N,由于灰度级为1的像素在屏体的对应点亮时间为td,因而灰度线性调制后灰度级为i的数据显示时间为itd,灰度级最高的数据显示时间为(N一l)×td.通常的考虑是在td内完成对存储器一行数据的一次读出,同时以td为周期将读出的一行数据打人到屏体进行灰度显示。由于共有N个灰度级数,帧扫描周期为:

  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

  对于256灰度级全屏扫描,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。要获得高的灰度级数,就必须提高存储器读出速率,或者降低帧扫描频率,当灰度级数较高时,以目前的集成电路实现水平难以达到三者的兼顾。解决的方法之一是大量采用并行结构,但扫描频率每减小一倍成本就增加将近一倍,而且电路的复杂程度也有所增加;另一种方法是适当牺牲屏体显示效率以求得帧频与速率的折中,这种方法经实践验证是可行的。

设计中考虑到帧频与LED屏体显示效率的折中,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。灰度扫描通过对灰度数据按位分时显示的方法实现,即计算机屏幕图像以每像素24bit输出(红、绿、蓝各8bit)时,通过给每种颜色sbit字节的不同位分配不同的显示时间达到灰度显示的目的。比如,最低位(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,最高位对应8行显示时间。屏体数据更新时间以行周期为单位,最低位对应更新时间为1行时间,其中显示1/l6行时间,

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