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基于TLC5941的全彩LED大屏幕驅動設計
編輯:天嘯 [ 2010-8-19 10:25:03 ] 文章來源:LED大屏網
  導讀: TI公司的最新推出的TLC5941驅動芯片具有點校正和高亮度等級的特點,由他組成的大屏幕驅動方案一定程度上解決了上述問題,可以構成高性能的顯示系統(tǒng)。

  近年來,隨著計算機技術、大規(guī)模集成電路和專用元器件的飛速發(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(xiàn)出固有的差異,而且這種差異還隨時間發(fā)生變化,這樣由大量LED組成的大屏幕顯示時會出現(xiàn)一些隨機的暗斑或亮斑,嚴重影響顯示要求,需要采用在線的點校正消除這種影響,另一方面,現(xiàn)有的全彩色大屏幕一般亮度等級不足,即便采用了非線性灰度控制技術,在低亮度等級上表現(xiàn)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問題是進行γ校正不容易,從而使全彩色LED大顯示屏產生一定的顏色失真。

  TI公司的最新推出的TLC5941驅動芯片具有點校正和高亮度等級的特點,由他組成的大屏幕驅動方案一定程度上解決了上述問題,可以構成高性能的顯示系統(tǒng)。

  2、TLC5941芯片介紹

  2.1 芯片特點

  TLC5941共有28個引腳,是一個16通道的LED恒流驅動器,能夠同時驅動16個LED,每通道最大驅動能力80mA,每個通道可以通過PWM方式根據(jù)內部亮度寄存器的值進行4096級亮度控制,內部每個通道亮度寄存器的長度是12位,另外,流動每個通道LED的驅動電路由內部6位的點校正寄存器的值進行64級控制,而且驅動電流的最大值可通過片外電阻設定。

  64級電流控制提供了LED點亮度校正的能力,4096級亮度調整則保證了即使在較低的亮度等級小,點陣中的每個點也有多達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,這兩點對于高質量的彩色大屏幕顯示是額外重要的。

  相對于傳統(tǒng)的彩色大屏幕顯示系統(tǒng),設計中利用可編程邏輯芯片(或高速CPU)集中產生PWM進行亮度控制,采用TLC5941后,由于驅動芯片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、亮度和點校正數(shù)據(jù)的輸出,設計復雜度降低,而且由于PWM的亮度控制與數(shù)據(jù)串行移出無關,可以很方便地獲得較高的幀頻,取得很好的動態(tài)顯示效果。

  2.2 管腳功能

  TLC5941的所有內部數(shù)據(jù)寄存器,亮度寄存器,點校正寄存器和錯誤狀態(tài)信息都是通過串行接口存取的,最大串行時鐘效率為30MHz.

  TLC5941的串行接口方式類似于74HC595,接口部分由5根信號線組成。

  Mode(模式信號):Mode=0是亮度信號輸入模式,Mode=1點校正信號輸入模式。

  SCLK(串行時鐘),在每個SCLK的上升沿,當Mode=0輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)移入和移出內部96(16通道×6)位的點校正串行移位寄存器。

  SOUT:串行數(shù)據(jù)輸出。

  SIN:串行數(shù)據(jù)輸入。

  XLAT:數(shù)據(jù)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,點校正串行移位寄存器鎖存到點校正控制寄存器,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開路和過溫檢測的能力,管腳XERR是集電極開路輸出,用于出錯時報警,16個通道中無論哪個通道有錯誤發(fā)生,XERR就會被拉到低電平,通過查詢芯片的內部狀態(tài)信息,就可以知道哪一路出現(xiàn)故障,系統(tǒng)中所有TLC5941的XERR管腳可以接到一起,通過上拉電阻接到高電平,通過監(jiān)控這個信號,系統(tǒng)可以在運行過程中進行自我診斷。

  另外TLC5941還提供了GCLK管腳,輸入一個時鐘信號可以同步PWM的產生。

  3、基于TLC5941的動態(tài)掃描驅動電路

  本設計對象是640×480的全彩顯示系統(tǒng),這里只介紹他的驅動部分,整個屏由4塊子屏組成,每一塊子屏管理640×120象素大小的范圍,都有單獨的驅動電路,由于是室內屏,驅動設計采用動態(tài)1/8掃描驅動方式。驅動電路的控制由可編程邏輯器件EPM1270(Altera)實現(xiàn),為了提高幀頻,串行數(shù)據(jù)采用15路并行輸出的方法,每路對640×8象素大小的范圍進行刷新,圖1中給出的是子屏驅動中單路的電路框圖。

  為了防止LED動態(tài)掃描過程中對寄存器的訪問與外部總線在更新顯示數(shù)據(jù)時訪問寄存器之間產生沖突,這里也是采用了雙緩存的結構,當LED掃描過程訪問的是一片存儲器,暴露在總線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,引起兩片寄存器的交換,同時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(shù)據(jù)復用以節(jié)省EPM1270的I/O管腳。

  存儲器中前26k開始存儲的是每點的色彩信息,每象素3個字節(jié)24位表示顏色,每個字節(jié)分別對應于一個象素的紅綠藍3個象素的彩色亮度值,后256k開始存放的是經過γ校正修正后的點校正數(shù)據(jù)。

  整屏的亮度由EPM1270擴展的亮度寄存器控制,每個TLC5941寫入時,EPM1270控制先從當前象素對應的存儲器空間讀出每個顯示單元的色素值,再與亮度寄存器值運算后得到12位的每通道TLC5941的亮度值(控制每個象素的亮度和色彩),通過并/串轉換后輸出,同時保持Mode=0;輸出亮度后,從后256k的對應空間讀取6位點校正數(shù)據(jù),并/串轉換后輸出,同時保持Mode=1,這樣完成了一個通道數(shù)據(jù)的輸出,將一行對應所有的通道數(shù)據(jù)輸出完畢后,暫停串行時鐘,置Mode=0,在XLAT腳產生一個正脈沖,再置Mode=1,在XLAT腳產生正脈沖,分別將數(shù)據(jù)鎖存入TLC5941內部對應的控制寄存器中,一行數(shù)據(jù)輸出完畢。

  4、結語

  采用Verilog語言對EPM1270進行邏輯設計,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(tǒng)刷新頻率達到60Hz,通過γ校正和點校正,全屏各象素點亮度均勻,層次感很強,達到了設計要求,這個基于TLC5941的全彩色大屏幕驅動方案聯(lián)機屏和脫機屏都可以使用,實踐證明具有良好的顯示效果。

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