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1 引言 近年來(lái)，隨著(zhù)計算機技術(shù)、大規模集成電路和專(zhuān)用元器件的飛速發(fā)展，256級灰度的全彩色LED大顯示屏在國內發(fā)展迅速，但是目前其顯示效果并不理想：一方面，LED的發(fā)光效率受制造工藝的影響表現出固有的差異，而且這種差異還隨時(shí)間發(fā)生變化，這樣由大量LED組成的大屏幕顯示時(shí)會(huì )出現一些隨機的暗斑或亮斑，嚴重影響顯示要求，需要采用在線(xiàn)的點(diǎn)校正消除這種影響，另一方面，現有的全彩色大屏幕一般亮度等級不足，即便采用了非線(xiàn)性灰度控制技術(shù)，在低亮度等級上表現色彩的能力仍然較差，顯示的層次感不強，由亮度等級不足導致的另一個(gè)問(wèn)題是進(jìn)行γ校正不容易，從而使全彩色LED大顯示屏產(chǎn)生一定的顏色失真。 TI公司的最新推出的TLC5941驅動(dòng)芯片具有點(diǎn)校正和高亮度等級的特點(diǎn)，由他組成的大屏幕驅動(dòng)方案一定程度上解決了上述問(wèn)題，可以構成高性能的顯示系統。 2 TLC5941芯片介紹 2.1 芯片特點(diǎn) TLC5941共有28個(gè)引腳，是一個(gè)16通道的LED恒流驅動(dòng)器，能夠同時(shí)驅動(dòng)16個(gè)LED，每通道最大驅動(dòng)能力80mA，每個(gè)通道可以通過(guò)PWM方式根據內部亮度寄存器的值進(jìn)行4096級亮度控制，內部每個(gè)通道亮度寄存器的長(cháng)度是12位，另外，流動(dòng)每個(gè)通道LED的驅動(dòng)電路由內部6位的點(diǎn)校正寄存器的值進(jìn)行64級控制，而且驅動(dòng)電流的最大值可通過(guò)片外電阻設定。 64級電流控制提供了LED點(diǎn)亮度校正的能力，4096級亮度調整則保證了即使在較低的亮度等級小，點(diǎn)陣中的每個(gè)點(diǎn)也有多達256級的灰度表示，從而紅綠藍全彩屏可有16M色的色彩表達能力，這兩點(diǎn)對于高質(zhì)量的彩色大屏幕顯示是額外重要的。 相對于傳統的彩色大屏幕顯示系統，設計中利用可編程邏輯芯片（或高速CPU）集中產(chǎn)生PWM進(jìn)行亮度控制，采用TLC5941后，由于驅動(dòng)芯片TLC5941完成了PWM亮度控制，可編程邏輯芯片（或高速CPU）只需要處理緩存管理、亮度和點(diǎn)校正數據的輸出，設計復雜度降低，而且由于PWM的亮度控制與數據串行移出無(wú)關(guān)，可以很方便地獲得較高的幀頻，取得很好的動(dòng)態(tài)顯示效果。 2.2 管腳功能 TLC5941的所有內部數據寄存器，亮度寄存器，點(diǎn)校正寄存器和錯誤狀態(tài)信息都是通過(guò)串行接口存取的，最大串行時(shí)鐘效率為30MHz。 TLC5941的串行接口方式類(lèi)似于74HC595，接口部分由5根信號線(xiàn)組成。 Mode(模式信號):Mode=0是亮度信號輸入模式，Mode=1點(diǎn)校正信號輸入模式。 SCLK（串行時(shí)鐘），在每個(gè)SCLK的上升沿，當Mode=0輸入數據和輸出數據移入和移出內部192位（16通道×12）的亮度串行移位寄存器，當Mode=1輸入數據和輸出數據移入和移出內部96（16通道×6）位的點(diǎn)校正串行移位寄存器。 SOUT:串行數據輸出。 SIN:串行數據輸入。 XLAT：數據鎖存，在XLAT的上升沿，如果Mode=0，亮度串行移位寄存器鎖存到亮度控制寄存器，隨機控制亮度PWM輸出，如果Mode=1，點(diǎn)校正串行移位寄存器鎖存到點(diǎn)校正控制寄存器，控制電流的輸出。 為了保障彩色大屏幕的可靠運行，TLC5941提供了每一路LED開(kāi)路和過(guò)溫檢測的能力，管腳XERR是集電極開(kāi)路輸出，用于出錯時(shí)報警，16個(gè)通道中無(wú)論哪個(gè)通道有錯誤發(fā)生，XERR就會(huì )被拉到低電平，通過(guò)查詢(xún)芯片的內部狀態(tài)信息，就可以知道哪一路出現故障，系統中所有TLC5941的XERR管腳可以接到一起，通過(guò)上拉電阻接到高電平，通過(guò)監控這個(gè)信號，系統可以在運行過(guò)程中進(jìn)行自我診斷。 另外TLC5941還提供了GCLK管腳，輸入一個(gè)時(shí)鐘信號可以同步PWM的產(chǎn)生。 3 基于TLC5941的動(dòng)態(tài)掃描驅動(dòng)電路 本設計對象是640×480的全彩顯示系統，這里只介紹他的驅動(dòng)部分，整個(gè)屏由4塊子屏組成，每一塊子屏管理640×120象素大小的范圍，都有單獨的驅動(dòng)電路，由于是室內屏，驅動(dòng)設計采用動(dòng)態(tài)1/8掃描驅動(dòng)方式。驅動(dòng)電路的控制由可編程邏輯器件EPM1270（Altera）實(shí)現，為了提高幀頻，串行數據采用15路并行輸出的方法，每路對640×8象素大小的范圍進(jìn)行刷新，圖1中給出的是子屏驅動(dòng)中單路的電路框圖。 這里使用TLC5941級聯(lián)組成LED點(diǎn)陣的列驅動(dòng)，行驅動(dòng)部分由74HC138和STM4953（PMOS管，4.5A）構成。 EPM1270芯片負責管理顯示緩存，處理外部總線(xiàn)接口部分和維持LED點(diǎn)陣的動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程，EPM1270內部模塊結構如圖2所示。 為了防止LED動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程中對寄存器的訪(fǎng)問(wèn)與外部總線(xiàn)在更新顯示數據時(shí)訪(fǎng)問(wèn)寄存器之間產(chǎn)生沖突，這里也是采用了雙緩存的結構，當LED掃描過(guò)程訪(fǎng)問(wèn)的是一片存儲器，暴露在總線(xiàn)接口的就是另一片存儲器，外部接口的特定的掃描控制寄存器操作時(shí)，引起兩片寄存器的交換，同時(shí)顯示內容也得以更新，存儲器采用兩片靜態(tài)RAM——IDT71V424（512k×8），EPM1270與存儲器的接口低8位采用地址數據復用以節省EPM1270的I/O管腳。 存儲器中前26k開(kāi)始存儲的是每點(diǎn)的色彩信息，每象素3個(gè)字節24位表示顏色，每個(gè)字節分別對應于一個(gè)象素的紅綠藍3個(gè)象素的彩色亮度值，后256k開(kāi)始存放的是經(jīng)過(guò)γ校正修正后的點(diǎn)校正數據。 整屏的亮度由EPM1270擴展的亮度寄存器控制，每個(gè)TLC5941寫(xiě)入時(shí)，EPM1270控制先從當前象素對應的存儲器空間讀出每個(gè)顯示單元的色素值，再與亮度寄存器值運算后得到12位的每通道TLC5941的亮度值（控制每個(gè)象素的亮度和色彩），通過(guò)并/串轉換后輸出，同時(shí)保持Mode=0；輸出亮度后，從后256k的對應空間讀取6位點(diǎn)校正數據，并/串轉換后輸出，同時(shí)保持Mode=1，這樣完成了一個(gè)通道數據的輸出，將一行對應所有的通道數據輸出完畢后，暫停串行時(shí)鐘，置Mode=0，在XLAT腳產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，再置Mode=1，在XLAT腳 產(chǎn)生正脈沖，分別將數據鎖存入TLC5941內部對應的控制寄存器中，一行數據輸出完畢。 圖3中給出具體過(guò)程。 4 結語(yǔ) 采用Verilog語(yǔ)言對EPM1270進(jìn)行邏輯設計，綜合后占用芯片資源的79%，利用上述設計構建的彩色大屏幕系統刷新頻率達到60Hz，通過(guò)γ校正和點(diǎn)校正，全屏各象素點(diǎn)亮度均勻，層次感很強，達到了設計要求，這個(gè)基于TLC5941的全彩色大屏幕驅動(dòng)方案聯(lián)機屏和脫機屏都可以使用，實(shí)踐證明具有良好的顯示效果。 |
