FPGA為設(shè)計平臺的全彩led顯示屏設(shè)計方案
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1 、引言
作為大型平板顯示設(shè)備的一種，LED 顯示屏以其使用壽命長、維護費用低、功耗低等特點在顯示領(lǐng)域占有重要的位置。特別在近年，帶有紅、綠、藍三基色以及灰度顯示效果的全彩LED 顯示屏，以其豐富多彩的顯示效果而倍受業(yè)界關(guān)注，成為LED 顯示屏市場近年增長幅度比較大的產(chǎn)品。壽命、單位面積亮度、三基色的偏差程度、點距、對比度、灰度等級(包括灰度級數(shù)和線性度) 、掃描頻率等指標性能是衡量或橫向比較大型顯示設(shè)備好壞的標準。而這些指標性能的優(yōu)劣，很大程度上決定于掃描控制器的性能。因此對大屏幕全彩L ED 顯示掃描控制方法的研究有著重要的意義。
由于LED 的發(fā)光亮度與掃描周期內(nèi)的發(fā)光時間近似成正比，所以灰度等級的實現(xiàn)通常是由控制LED 的發(fā)光時間與掃描周期的比值，即采用調(diào)節(jié)占空比來實現(xiàn)的。全彩LED 顯示屏一般采用逐位點亮的掃描方式實現(xiàn)灰度圖像顯示。對于顯示灰度級數(shù)為8 位的LED 顯示屏，一般采用“19場掃描”原理來實現(xiàn)256 級灰度顯示。L ED顯示屏的顯示數(shù)據(jù)更新一般采用串行輸出方式，如采用595 進行設(shè)計的靜態(tài)LED 全彩顯示屏，根據(jù)“19 場掃描”原理，對于分辨率等規(guī)格確定的屏體，當串行移位時鐘確定時，顯示屏的刷新頻率和LED 的發(fā)光效率(一個掃描周期內(nèi)，LED的最長點亮?xí)r間所占的比例) 也就被確定。本文提出了一種新的逐位點亮掃描方式，該方式對典型的“19場掃描”方式進行了改進，可以在串行移位時鐘確定的條件下，在一定范圍內(nèi)對刷新率和發(fā)光效率進行調(diào)節(jié)，從而提高了產(chǎn)品根據(jù)實際的應(yīng)用環(huán)境和客戶要求進行設(shè)計的靈活性。
2 、逐位點亮的灰度實現(xiàn)算法設(shè)計
以8 位“19場掃描”理論為例，所謂逐位點亮，即從一個字節(jié)數(shù)據(jù)中依次從低位到高位或者從高位到低位提取出一位數(shù)據(jù)，分8 次點亮對應(yīng)的像素，每一位對應(yīng)的點亮?xí)r間與關(guān)斷時間的占空比不同。如果點亮?xí)r間從低位到高位依次倍增，則合成的點亮?xí)r間將會有256 種組合。定義D0 位對應(yīng)的點亮?xí)r間加上關(guān)斷時間為一個時間單位，設(shè)為T ，可得表1 所示各位的點亮與關(guān)斷時間。
表1 “19場掃描”顯示時各位的點亮與關(guān)斷時間
在實際設(shè)計中， T也是對LED 顯示屏進行一次串行數(shù)據(jù)更新所需要的時間。表1 所示的總時間是T 的整數(shù)倍，所以每個數(shù)據(jù)位所占用的總時間可以通過刷新一次屏幕數(shù)據(jù)來進行定時。在進行LED顯示屏設(shè)計時，整個顯示屏中LED 的亮與滅可以通過總控線EN 控制，當點亮?xí)r間≥1 T時，EN 控制顯示屏處于常亮狀態(tài)，而當點亮?xí)r間 1 T 時，可以通過控制EN 產(chǎn)生相應(yīng)占空比的控制波形來實現(xiàn)相應(yīng)位的亮度控制。可見，利用“19場掃描”原理，在串行移位時鐘和屏體具體規(guī)格確定的情況下，其刷新率也就被確定了，并且具有固定的發(fā)光效率η。
η =6 點亮?xí)r間6 總時間≈ 16 T19 T≈ 84 % (1)由灰度顯示的原理可以知道，能否實現(xiàn)灰度顯示，決定于各個數(shù)據(jù)位的點亮?xí)r間從低位到高位是否以2 的倍數(shù)遞增，而關(guān)斷時間的長短只會影響發(fā)光效率的大小。在進行系統(tǒng)設(shè)計時，使用了8～10 位的非線性灰度校正，因此需要實現(xiàn)10位灰度掃描控制。定義“t”為點亮?xí)r間的一個時間單位，則可得表2 所示的時間分配。如果定義數(shù)據(jù)為“1”有效(點亮) “， 0”無效(熄滅) ，當輸入數(shù)據(jù)從000H 到3FFH 變化時，點亮?xí)r間在0t～1 023t 變化，而亮度控制總時間則保持不變，從而實現(xiàn)了10 位占空比控制，采用這種灰度控制方法可以實現(xiàn)1 024 級的灰度顯示。與“19 場掃描”原理不同，本文控制點亮的時間不是通過屏幕刷新來實現(xiàn)，而是采用單獨的
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