LED电子显示屏驱动原理

LED电子显示屏驱动原理近年来，随着计算机技术和集成电路技术的飞速发展，得到广泛应用的大屏幕显示系统当属视频led显示系统。在LED显示技术中，由于红色、绿色发光二极管的亮度、光效色差等性能也得到了很大的提高，加之计算机多媒体制作软件的发展，现在伪彩视频LED显示系统的制造成本大大降低，应用领域不断增加。这种伪彩色视频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显示系统随时都可能实现。LED电子显示技术发展迅速，已成为当今平板显示领域的主导之一。本文着重介绍用M4A5-128P64-10VC设计LED显示屏的控制电路。1LED显示屏的构成在LED显示系统中，点阵结构单元为其基本构成。每个显示驱动单元又是若干个8×8点阵的LED显示模块组成。通过多个显示驱动板拼装在一起，构成一个数平方米的显示屏，能用来显示各种文字、图像。LED显示屏包括计算机视频采集电路、控制电路、驱动电路及电源等，如图1所示。LED显示屏具有红、绿两种基色，每基色256级灰度，像素节距为7.62mm，像素在水平方向可达成1024点，垂直方向可达成768点。2LED电子显示屏特点LED显示屏是由若干个显示单元拼接而成的，其显示方式采用LED点阵与计算机显示器屏幕相映射的原理，即LED点阵的一个像素点对应着计算机显示屏的一个像素点，例如计算机屏幕上的画面按分辨率分为640列、480行，即LED显示屏上640×480个点阵单元，每个点阵单元又包括红、绿、蓝三种发光二极管，这三种发光二极管发出三种颜色的光混色后得到人眼所感觉到颜色，根据光学三基色原理，我们只采集计算机屏幕上的每一点的图像进行数字化并分解为红、绿、蓝三种信号，经过系统处理后，传递到LED点阵屏幕上的点阵单元中，分别驱动相对应颜色的发光二极管，即实现了计算机屏幕在LED点阵屏幕上的映射。3LED电子显示屏驱动原理在大多数LED显示系统中，都采用刷新式驱动方法，即对每块LED显示驱动单元列向锁存数据，在行向进行扫描，根据LED显示驱动板结构，采用1P16扫描占空比。我们所设计的LED显示驱动板驱动电路用两片74HC595组成4:16线行译码器，它提供整个扫描电路所需行信号，同时也用74HC595芯片来作串行移位寄存器，它将系统传来的串行数据移位变成并行信号输出，这样驱动列需要提供串行移位时钟、并行锁入信号和输出使能信号，行扫描需要串行数据输入和串行移位时钟信号，如图2所示。因此我们需要设计一个时序控制电路。4结语M4A5—128P64—10VC是Lattice公司生产的CPLD器件，有128宏单元、64个IPO引脚。Lattice公司开发软件ispDesignEXPERT中集成了设计输入、编译、验证和编程全部工作。首先进行设计输入，即可直接绘制原理图，也可用VHDL语言编程。我们需要从10MHz时钟源得到100KHz信号用VHDL语言在VHDLMODULE文本编辑器中编写一个名为F100K.HDL文件如下：设计文件输入以后进行编译，然后用户可以调整管脚分配，编译通过，即可对芯片编程。用Byte-Blaster下载电缆把计算机并行口与PCB上的JTAG插座连接起来，通电后对已安装好的芯片编程。实践表明，用Lattice公司生产的M4A5-128P64-10VC设计的电路达到了设计要求。LED显示屏驱动设计原理及发展趋势一、概述大屏幕一直是LED领域发展重要的组成部分，是大型娱乐、体育赛事、广场主题显示重要组成部分，全彩屏从蓝光LED诞生以来，一直保持高速发展态势。在装饰显示市场LED将起到积极的作用，市场扩张明显。我国是全球LED显示屏生产大国，从LED芯片、驱动IC、控制器、屏幕制造等环节完全占据主导地位。16位移位恒流IC的由来：双色屏主要是以显示文字为主，单片机扫描比较方便，由于LED数量的增加，为了节省O/I资源，采用74HC595移位扫描。为了更适合LED的应用在此基础上整合了恒流电流设定功能，增加了电流驱动能力，更符合需求及成本需要又封装出16位器件，被目前全彩屏广泛采用。电流驱动能力不断降低，早前TLC5940高达120mA单路驱动电流能力，后来TB62726、ST2221、MBI5026电流驱动能力都降低到80-90mA。目前基本上是采用45mA电流驱动能力，比如MBI5024和CYT62726。电流驱动能力降低，主要原因是LED器件发光强度越来越高，为了提升图像质量，静态屏幕设计越来越多采用，对驱动电流能力需求降低。从IC成本角度可以缩减芯片尺寸，从而降低成本，为此设计出25mA静态屏幕驱动芯片CYT62727。目前全球有80%的LED屏幕采购生产来至中国大陆，普遍采用16通道恒流器件设计，短期内还会继续延续，至少未来5年内不会消失，主要是配套控制技术成熟，产品已经系列化，除非系统控制技术和芯片驱动设计有巨大的飞跃，成本进一步的降低，否则现状不会改变。近年来，不少公司不断推出新架构，都未来得到市场认可。最大的问题是通过控制技术，假如改变LED的颜色一致性，新的技术没有大的突破之前，对应用者吸引不大，购买意愿不强。近几年，大陆芯片设计公司一定会替代性的占领LED显示屏市场，像士兰明芯稳居主流显示屏LED芯片供应商，原因有出色的品质保证外，良好的直销模式是赢得市场法宝。未来驱动IC也需要直销模式。显示屏企业大多是大陆本土企业，和台系IC在分销账期、交货速度和信任度上还需要进一步的改善。在驱动应用技术上，色彩的矫正技术亟待解决的瓶颈，显示屏衰减一致性问题突出，波长矫正和亮度矫正是下一个重点突破目标，首先是解决亮度一致性问题，再而是波长的一致性矫正。这是世界性难题，也是当前亟待解决的技术难题。控制技术发展已经走到世界的前列，但是在新方式控制理念上停滞不前，原因是控制器厂家和IC设计厂家配合不畅，各自相对独立，驱动技术和控制技术不能很好的衔接，采用16通道兼容性设计发展成熟度高，新的控制技术推出很少，更谈不上技术的革新。16通道恒流器件在LED屏幕上采用长达十几年之久，到目前也只不过是减低电流，应对竞争激烈的价格而已，并没有技术上的突破。先后多家公司推出了系列IC，并没有得到很好的应用，是控制技术的缺失造成的。在电脑技术飞速发展的今天，可以替代简化控制器的规模，但是技术的移植也需要IC设计厂家的支持，市场缺失控制技术和芯片驱动整合性的方案提供商。2009年LED显示行业国内市场规模超过300多亿，年产值过亿的企业有30多家，过千万100多家，大小有上千家企业从事显示制造行业。LED显示屏继续保持15%增长速度，技术日渐成熟。我国大型赛事工程不断，带动LED增长强劲。比如：奥运、世博、亚运会、上海迪斯尼、地铁、高铁等工程赛事。二．屏幕原理设计文字显示屏，只要内容显示清楚，有足够的的亮度，基本上都会满足客户需要了。但是对于图像显示屏的显示质量进行评价，问题就复杂得多。一般是主观方式来评价显示屏图像显示质量。所谓主观方式评价，就是人为的方式评判，通过观察图像显示质量做出评判。这样。评价结果不仅与图像本身显示质量有关，而且与观察者的主观因素也有关系，很难说是公正和确切性的标准。尽管如此目前还是没有很好的办法，在没有客观的测量方式出现之前，主观方式仍然是最有效、实用的方法。㈠最大显示色彩数显示器的每个像素的颜色都是由RGB（红、绿、蓝）三种基色组成。低端的液晶显示板，各个基色只能表现6位色，即26=64种颜色。通过简单的计算，我们可以知道每个独立像素可以表现的最大颜色数是64×64×64=2.62K种颜色；高端液晶显示板利用FRC技术则使得每个基色则可以表现8位色，即28=256种颜色,则像素能表现的最大颜色数为256×256×256=16KK种颜色。这种显示板显示的画面色彩更丰富，层次感也好。目前市面上的液晶显示器此两种显示板都有采用，大家可以留心一下。表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。一般室外LED显示屏须达到4000cd／平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。普通室内LED，最大亮度在700～2000cd／平方米左右。单个LED的发光强度以cd为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。单管的发光强度从几个mcd到五千mcd不等。LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30％～90％不等，作为单管平均发光强度。一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100,000小时以上，这是在设定的最佳的条件下，实际还应注意LED的亮度衰减周期，亮度衰减周期与LED生产的材料工艺及生产厂商有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的品牌。实际使用中，光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用。对于LED显示屏这种主动发光体一般采用cd／平方米作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效于屏体。屏幕多采用直插型椭圆形LED，国内的封装技术大多可以满足屏幕设计需要。LED芯片多采用有Cree或用士兰明芯、厦门三安等国内LED发光芯片封装。㈡驱动芯片时序CYT62726内部是16位移位寄存器，多颗CYT62726串行数据移位，每个时钟周期CLK移送1位数据SDI，串行数据输入驱动器开/关控制。施密特缓冲输入。当其中数据“1”被写入到SDI的开关控制移位寄存器/时CLK的上升沿。灰度控制模块仿真波形图CLK串行数据移位时钟。施密特缓冲输入，所有的数据/关控制的转变移位是由1位的最高位同步的CLK的上升沿，单路数据移位到SD在同一时间。CLK的上升沿输入获准后，持续100ns的上升沿。LE边沿触发锁存器。施密特缓冲输入。当前对应移位寄存器中数据，在此上升沿数据被锁存。移位锁存仿真波形图OE所有输出空白。施密特缓冲输入。当OE是低电平时，所有恒流输出（OUT0?15）被执行。当OE=1，所有恒流输出控制的开关在数据控制数据/锁存状态。OE决定执行数据长度时间。这种时序传输方式是，沿用74HC595通用逻辑数据传输方式，在LED屏幕上已经使用了十多年历史，显得古老而落伍。LED屏幕亟待新的数据传输格式，简化的、高效的传输方式，从而减低设计复杂度，降低设计成本和提高屏幕可靠性。数据和时钟需要协调一致，可是在线路设计中，数据采用串行传输，而时钟则是并行传输，势必数据延时会造成输出错位。这是4线传输格式最大的缺点，数据和时钟不能很好的同步，级联性较差，控制器成本高。落伍的数据传输格式，控制器产生灰度等级，屏幕刷新率低，传输数据量大，是LED屏幕目前发展瓶颈。㈢驱动芯片方框图CYT62726内部线路相对比较简单，电阻通过电流镜比例调节输出电流值，芯片是统一设定16通道电流值的，所以在屏幕设计时通常是单颗IC驱动单一颜色，3片IC组成16个像素。这样可以通过LED分选获得亮度一致性，3颗IC设定不同的驱动电流值，组成合适的16像素白平衡。芯片恒流误差显得很重要，电流误差参数也同时影响LED白平衡水平。移位寄存器（D触发器）负责数据（SDI）的队列，按照时钟（CLK）时间，移动数据队列。正确的数据被锁存讯号（LE/）存储，这里可能就是二进制的1或0，执行的灰度长度由使能（OE）讯号决定，灰度等级的表现是使能的倍数，使能数据宽度决定最小灰度等级。三．LED