彩色LED显示屏的设计与实现[1]

　　引　言

　　随着信息产业的高速发展，LED显示屏作为信息传播的一种重要方式，已成为现代信息化社会的一个闪亮标志.近年LED显示屏已广泛应用于室内外公众场所进行服务内容和服务宗旨的宣传，如邮政大厅、电信、营业部、车站、机场、港口和体育场馆等信息的发布，政府机关政策、政令的发布，各类市场行情信息的发布和宣传等.包括北京奥运会开幕式上的“巨幅画卷”也使用了巨大的LED显示屏.随着电子行业标准《显示屏通用规范》和《LED显示屏测试方法》颁布实施，各应用领域的行业标准，如公安部的《LED道路交通诱导可变标志》、体育行业标准《体育场馆设备使用要求及检验方法第2部分：显示屏》也正在积极制订中。

　　1　系统组成

　　LED显示屏系统框图如图1所示，整个电路以单片机作为控制中心，实现对LED点阵数据的控制.单片机先将从PC接收到的数据存入FLASH，然后单片机再将FLASH 中的数据转换成红、绿、蓝数据存入FPGA的RAM 中.由FPGA 将其RAM 中的数据发送给16位串/并移位寄存器和3/8译码器.再由16位串/并移位寄存器(采用恒流IC———MBI5026)和3/8译码器把数据传送给点阵模块.最终使点阵模块将具体内容显示出来。

　　2　基于MBI5026的LED驱动电路

　　LED显示屏采用行扫描列驱动的电路结构，即若干行共用一个列驱动，通过行动态扫描，构成完整的图案.用MBI5026的驱动电路如图2所示.图示电路为两行扫描，多行扫描的结构与之类似.当行选通信号为低电平的时候，开关管(选用P沟道的4953)导通，对应的行选通，电流由电源通过LED流到恒流IC，使LED发光.每个LED的灰度调节靠串行信号实现.

　　3　逐位分时点亮原理

　　所谓逐位分时点亮，即从一个字节数据中依次提取出一位数据，分8次点亮对应的像素，每一位对应的每一次点亮时间与关断时间的占空比不同.如果点亮时间从低位到高位依次递增，则合成的点亮时间将会有256种组合.定义点亮时间加上关断时间为一个时间单位，设为T.表1列出了每一位的点亮与关断的时间分配.[2]例如要显示灰度数据为163的灰度，十进制163的二进制表示是10100011.每一位对应的每一次点亮时间与关断时间的占空比如图3所示.

　　如果定义数据位“1”有效(点亮)，“0”无效(熄灭)，则表2列出了数据从00H 到FFH 时的不同点亮时间.由表2可知：数据每增1，点亮时间增加T/128.根据点亮时间与亮度基本为线性关系的原理，从0～255T/128的点亮时间则对应256级亮度.当然，这个亮度是时间上的累加效果.如果把一个LED点阵屏所有像素对应的同一数据位点亮一遍称为一场的话，那么8位数据共需8场显示完，称为“8场原理”.

　　理论上讲，8场即可显示出256级灰度，然而通过表2可看出，即使数据为FFH时，在8T时间内也只是点亮了255T/128时间.关断时间可接近6T，点亮时间仅为总时间的约25%.因此，8场原理虽也能实现256级灰度显示，但亮度损失太大.为了提高亮度，可采用“19场原理”，即8位数据分19场显示完，其中D7位数据连续显示8场，D6位连续显示4场，依次递减.表3列出了19场显示时各位的点亮与关断时间。