LED全彩色显示大屏幕驱动设计

信息科学

ＬＥＤ全彩色显示大屏幕驱动设计

宋方

摘

点，可以构成高性能的显示系统。

关键词：ＬＥＤ；大屏幕；驱动设计

（黑龙江艺术职业学院，黑龙江哈尔滨１５００００）

要：随着计算机技术、大规模集成电路和专用元器件的飞速发展，ＴＩ公司的最新推出的ＴＬＣ５９４１驱动芯片具有点校正和高亮度等级的特

近年来，随着计算机技术、大规模集成电

路和专用元器件的飞速发展，２５６级灰度的全彩色ＬＥＤ大显示屏在国内发展迅速，但是目前其显示效果并不理想：一方面，ＬＥＤ的发光效率受制造工艺的影响表现出固有的差异，而且这种差异还随时间发生变化，这样由大量ＬＥＤ组成的大屏幕显示时会出现一些随机的暗斑或亮斑，严重影响显示要求，需要采用在线的点校正消除这种影响，另一方面，现有的全彩色大屏幕一般亮度等级不足，即便采用了非线性灰度控制技术，在低亮度等级上表现色彩的能力仍然较差，显示的层次感不强，由亮度等级不足导致的另一个问题是进行γ校正不容易，从而使全彩色ＬＥＤ大显示屏产生一定的颜色失真。ＴＩ公司的最新推出的ＴＬＣ５９４１驱动芯片具有点校正和高亮度等级的特点，由他组成的大屏幕驱动方案一定程度上解决了上述问题，可以构成高性能的显示系统。

１ＴＬＣ５９４１芯片介绍１．１芯片特点

ＴＬＣ５９４１共有２８个引脚，是一个１６通道的ＬＥＤ恒流驱动器，能够同时驱动１６个ＬＥＤ，每通道最大驱动能力８０ｍＡ，每个通道可以通过ＰＷＭ方式根据内部亮度寄存器的值进行４０９６级亮度控制，内部每个通道亮度寄存器的长度是１２位，另外，流动每个通道ＬＥＤ的驱动电路由内部６位的点校正寄存器的值进行６４级控制，而且驱动电流的最大值可通过片外电阻设定。６４级电流控制提供了ＬＥＤ点亮度校正的能力，４０９６级亮度调整则保证了即使在较低的亮度等级小，点阵中的每个点也有多达２５６级的灰度表示，从而红绿蓝全彩屏可有１６Ｍ色的色彩表达能力，这两点对于高质量的彩色大屏幕显示是额外重要的。相对于传统的彩色大屏幕显示系统，设计中利用可编程逻辑芯片（或高速ＣＰＵ）集中产生ＰＷＭ进行亮度控制，采用ＴＬＣ５９４１后，由于驱动芯片ＴＬＣ５９４１完成了ＰＷＭ亮度控制，可编程逻辑芯片（或高速ＣＰＵ）只需要处理缓存管理、亮度和点校正数据的输出，设计复杂度降低，而且由于ＰＷＭ的亮度控制与数据串行移出无关，可以很方便地获得较高的帧频，取得很好的动态显示效果。

１．２管脚功能

ＴＬＣ５９４１的所有内部数据寄存器，亮度寄存器，点校正寄存器和错误状态信息都是通过串行接口存取的，最大串行时钟效率为３０ＭＨｚ。

ＴＬＣ５９４１的串行接口方式类似于７４ＨＣ５９５，接口部分由５根信号线组成。

Ｍｏｄｅ（模式信号）：Ｍｏｄｅ＝０是亮度信号输入模式，Ｍｏｄｅ＝１点校正信号输入模式。

ＳＣＬＫ（串行时钟），在每个ＳＣＬＫ的上升沿，当Ｍｏｄｅ＝０输入数据和输出数据移入和移出内部

１９２位（１６通道×１２）的亮

度串行移位寄存器，当Ｍｏｄｅ＝１输入数据和输出数据移入和移出内部９６（１６通道×６）位的点校正串行移位寄存器。

ＳＯＵＴ：串行数据输出。ＳＩＮ：串行数据输入。

ＸＬＡＴ：数据锁存，在ＸＬＡＴ的上升沿，如果Ｍｏｄｅ＝０，亮度串行移位寄存器锁存到亮度控制寄

图２ＥＰＭ１２７０内部模块结构存器，随机控制亮度

核心器件：ＴＬＣ５９４１ＰＷＭ输出，如果Ｍｏｄｅ＝１，点校正串行移位寄存器

为了防止ＬＥＤ动态扫描过程中对寄存器锁存到点校正控制寄存器，控制电流的输出。

的访问与外部总线在更新显示数据时访问寄存为了保障彩色大屏幕的可靠运行，

ＴＬＣ５９４１提供了每一路ＬＥＤ开路和过温检测器之间产生冲突，这里也是采用了双缓存的结的能力，管脚ＸＥＲＲ是集电极开路输出，用于构，当ＬＥＤ扫描过程访问的是一片存储器，暴

露在总线接口的就是另一片存储器，外部接口出错时报警，１６个通道中无论哪个通道有错误

发生，ＸＥＲＲ就会被拉到低电平，通过查询芯片的特定的扫描控制寄存器操作时，引起两片寄

存器的交换，同时显示内容也得以更新，存储器的内部状态信息，就可以知道哪一路出现故障，

８），系统中所有ＴＬＣ５９４１的ＸＥＲＲ管脚可以接到采用两片静态ＲＡＭ－ＩＤＴ７１Ｖ４２４（５１２ｋ×

一起，通过上拉电阻接到高电平，通过监控这个ＥＰＭ１２７０与存储器的接口低８位采用地址数

存储器中据复用以节省ＥＰＭ１２７０的Ｉ／Ｏ管脚。信号，系统可以在运行过程中进行自我诊断。

前２６ｋ开始存储的是每点的色彩信息，每象素另外ＴＬＣ５９４１还提供了ＧＣＬＫ管脚，输入

３个字节２４位表示颜色，每个字节分别对应于一个时钟信号可以同步ＰＷＭ的产生。

一个象素的红绿蓝３个象素的彩色亮度值，后２基于ＴＬＣ５９４１的动态扫描驱动电路

本设计对象是６４０×４８０的全彩显示系统，这２５６ｋ开始存放的是经过γ校正修正后的点校

正数据。整屏的亮度由ＥＰＭ１２７０扩展的亮度寄里只介绍他的驱动部分，整个屏由４块子屏组成，

每一块子屏管理６４０×１２０象素大小的范围，都有存器控制，每个ＴＬＣ５９４１写入时，ＥＰＭ１２７０控

制先从当前象素对应的存储器空间读出每个显单独的驱动电路，由于是室内屏，驱动设计采用动

示单元的色素值，再与亮度寄存器值运算后得态１／８扫描驱动方式。驱动电路的控制由可编程

到１２位的每通道ＴＬＣ５９４１的亮度值（控制每逻辑器件ＥＰＭ１２７０（Ａｌｔｅｒａ）实现，为了提高帧频，

个象素的亮度和色彩），通过并／串转换后输出，串行数据采用１５路并行输出的方法，每路对

６４０×８象素大小的范围进行刷新，图１中给出的同时保持Ｍｏｄｅ＝０；输出亮度后，从后２５６ｋ的对

应空间读取６位点校正数据，并／串转换后输是子屏驱动中单路的电路框图。

出，同时保持Ｍｏｄｅ＝１，这样完成了一个通道数据的输出，将一行对应所有的通道数据输出完毕后，暂停串行时钟，置Ｍｏｄｅ＝０，在ＸＬＡＴ脚产生一个正脉冲，再置Ｍｏｄｅ＝１，在ＸＬＡＴ脚产生正脉冲，分别将数据锁存入ＴＬＣ５９４１内部对应的控制寄存器中，一行数据输图１基于ＴＬＣ５９４１的点阵驱动电路

这里使用ＴＬＣ５９４１级联组成ＬＥＤ点阵的出完毕。利用上述设计构建的彩色大屏幕系统列驱动，行驱动部分由７４ＨＣ１３８和ＳＴＭ４９５３刷新频率达到６０Ｈｚ，通过γ校正和点校正，全（ＰＭＯＳ管，４．５Ａ）构成。屏各象素点亮度均匀，层次感很强，达到了设计

ＥＰＭ１２７０芯片负责管理显示缓存，处理外要求，这个基于ＴＬＣ５９４１的全彩色大屏幕驱动部总线接口部分和维持ＬＥＤ点阵的动态扫描方案，联机屏和脱机屏都可以使用，实践证明具过程，ＥＰＭ１２７０内部模块结构如图２所示。有良好的显示效果。

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