LED显示屏电路简单[浅谈LED显示屏设计中的灰度控制电路]

LED显示屏电路简单浅谈LED显示屏设计中的灰度控制电路 摘要:本文主要概述了LED 的国内外研究现状,以及其原理等,并介绍LED显示屏设计的一种新思路,即利用CPLD作为控制器件来设计和控制显示屏的灰度控制电路发挥了器件良好的组合和时序逻辑功能。 关键词:LED 研究现状 原理 CPLD 1、国内外研究现状 近年来, LED大屏幕显示系统得到广泛应用。 1这种大屏幕LED显示系统采用了计算机多媒体技术,全同步动态显示视频图像,图像清晰,亮度高,无拼缝,每种颜色的视频灰度等级已经由早期的16级灰度上升现在的256灰度,随着大规模集成电路和专用元器件的发展,256级灰度的全彩色视频LED显示系统已经开始普及,LED 大屏幕显示技术得到了前所未有的发展,在短短的 20几年里就完成了从原来的单色屏、双色屏到如今的全彩色显示屏的转变。目前,LED 彩色显示屏已经广泛应用于体育场馆、证券交易所等等公共场所。但是,我国在 LED 显示屏控制系统领域的设计能力还不是很强,很多控制系统还是依靠国外进口。另外,虽然国内某些设计厂家的产品可以完成控制功能,但是并不具备推广性。所以,当务之急还是要设计出适合自己公司并且可以根据用户调整的产品的控制系统. 1.1.LED显示技术的基本原理 从实现刷新的原理上看,可分为扫描型和锁存型两种 (1)扫描型 扫描型2指显示屏上16行、8行或4行LDE共用一个驱动寄存器,常称为16循环、8循环或4循环。在这种系统中,整屏信息的刷新是靠驱动寄存器时分工作实现的。只要每行刷新频率在50Hz以上,人眼就不会感到闪烁。由于驱动寄存器的时分工作,使得每一个LED有亮度占空比减小,从而导致LED亮度降低。 (2)锁存型 锁存型指显示屏上每一个LED都对应于一个驱动寄存器。即驱动器无需时分工作,每一个LED的亮度占空比均为100%.这样避免了LED在超额电流状态下工作。如果用常规驱动IC设计,则复杂且成本高。现在有了超大规模LED功能驱动IC后,成本已大幅度降低。一般室外屏大多为锁存型。 1.2.灰度扫描的实现 在高速动态显示时,LED的发光亮度与扫描周期内的发光时间成正比,所以灰度等级的实现由控制LED的发光时间与扫描周期的比值,即采用调制占空比的办法来实现。若每帧周期为T,设采用8行扫描方式,每行总选通时间为T/8,将每周期内LED的总发光时间依次调节为0?1T/(816)?2T/(816)15T/(816),这样就将LED的发光时间分为16个等级,即实现了16级灰度。灰度扫描的关键在于产生由“1”和“0”组成的串行数据流。 2、主要设计思想方法 2.1选择适当的硬件作为主控板,本课题初步选择MaxII 系列的芯片。 2.2主控芯片负责产生系统中所需的各种控制信号,并对部分数据进行处理,确保系统中各个模块正常工作,下面详细介绍主控芯片所完成的各种控制功能及数据处理功能。 2.3初步设计使用电流的强弱来控制LED显示屏上的灰度控制,在本设计中我选用DAC 0832 D/A转换器。 3、实现步骤 3.1.利用VHDL语言实现显示控制 在本屏幕的设计中,LED的驱动采用扫描驱动,LED的亮度控制采用占空比的形式,因为这在数字电路设计中是很容易实现的,LED的控制器件选用CPLD,它具有很好的组合和时序逻辑功能,能够完成LED显示所需要的扫描控制和占空比控制信号。 3.2.屏幕的驱动设计方法如下 3.2.1.扫描分组,LED显示屏驱动电路多采用扫描的方式实现图文显示,有1/4、1/8、1/16等扫描方式,其中每行显示时间占扫描周期的1/n。只要整屏的刷新速率大于50HZ,利用人眼的视觉暂留效应,可形成一幅完整的画面。我们就把这n行称为一组,本设计对应的屏体是1/16扫描方式,以16行为一组。 3.2.2.灰度控制的实现,灰度值发生器的主要功能,是提供与灰度值各bit权值相对应的不同占空比的信号。以8bti灰度值为例,进行说明。用两片74Lsl61组成8bti计数器,对时钟信号CKL进行计数,可以得到0一255共计256计数值。当一个时钟信号CKL的周期为T(频率为f时,上述计数值对应1T一256T,8bit计数器的各位输出do一d7的权值分别为l,2,4,8,16,32,64,128。.各种时钟信号,LDE显示屏的时序信号分成帧频、行频、权值切换频率、灰度频率及总线频率。帧频(f一般要大于25HZ,人们才能够看到比较连续的画面,通常人们要求屏幕的频率达到125HZ左右,行频f是由扫描分组数确定的,如果扫描分组数为N,则行频为f?N。 3.3主控芯片的数据处理功能 为了实现图像的上下左右任意移动,我们对存储器设置了初始地址,用户通过液相面板上的按键输入移动的方向及移动的行数或者列数,为了节省主控芯片有限的IO资源,控制液晶的单片机将该初始地址以串行的方式送到主控芯片,并发送一个结束脉冲,表示初始化地址发送完毕。 根据设计分辨率的要求,行初始地址为9 位,列初始为10位,在主控芯片中,构建一个19位的串入并出移位寄存器用来接收初始地址,在结束脉冲到来时,并行输出。 移位寄存器的结构图 由移位寄存器的结构图,在每个时钟的上升沿,输入的数据由D触发器的输入端D送到输出端Q,下一个时钟的上升沿在送到下一级触发器的输出端,这些级联的D触发器将输入的数据保存,当结束信号finish脉冲到来时,将所有的串入信号并行输出. 3.4 D/A转换器DAC 0832 目前在国内外D/A转换器的控制性能比较好的系列为 DAC 0832,下面主要介绍一下其结构与性能实现方式。 DAC 0832是美国数据公司的8位双缓冲D/A转换器,片内带有数据锁存器,可与通常的微处理器直接接口。电路有极好的温度跟随性。使用CMOS电流开关和控制逻辑来获得低功耗和低输出泄漏电流误差。3其主要技术指标如下: 电流建立时间1s 单电源+5+15V VREF输入端电压25V 分辨率8位 功率耗能200mW 最大电源电压VDD17V 要使DAC 0832实现一次D/A转换,可采用以下程序,程序中假设要转换的数据放在4000H单元中。 MOVBX,4000H MOVAL,BX;数据送AL中 MOVDX,PORTA;PORTA为D/A转换器端口号 OUTDX,AT 总之,选用CPLD作为主控芯片来控制LED显示屏的灰度是一种不错的选择,它发挥了CPLD器件的可编程,易控制,功耗小等优势。但在存储器读周期速率问题上还存在不足,对电源电流比较小的LED显示屏略显不足。 _: 1诸昌铃.LDE显示屏系统原