CN101488318A - 一种led显示屏及其驱动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED显示屏及其控制方法，其包括一主控制器，其将外部的视频图像数据转化成灰度数据；一分控制器，其根据灰度数据产生LED亮灭控制信号和协同其它分控制器产生帧同步脉冲信号；多个串行移位电路，其接收并根据帧同步脉冲信号锁存LED亮灭控制信号；多个LED驱动器，其接收LED亮灭控制信号来驱动LED的亮灭。本发明采用了一种新的类PWM波LED驱动控制方法，能以更有效率的方式实现高显示质量和低成本。

Description

一种LED显示屏及其驱动控制方法

技术领域

本发明涉及一种显示屏技术，特别是涉及一种LED显示屏及其驱动控制方法。

背景技术

从能够显示的色彩来分，常用的LED显示屏分为单色、双基色屏和全彩屏，相对而言，全彩屏能够输出最多的彩色信息，需要最多的数据量，大数据量给控制***带来的两个最直接问题：一是保证屏幕稳定的刷新率，二是提供足够的数据传输带宽。目前的LED显示屏都是采用主控制器、分控制器及LED驱动器的三级结构来组成整个控制***，如实用新型专利ZL200720119218.4，具体结构如图1所示，其包括主控制器、分控制器、若干个LED驱动器和LED，主要原理是将数据传输带宽的问题主要由主控制器来解决，而将屏幕刷新率的问题主要由分控制器和LED驱动器来解决。主控制器可以用专用的嵌入式***或PC来实现。LED驱动器可以使用专用驱动芯片或分离器件组成的驱动电路，不同的LED驱动方案决定了分控制器的复杂程度，相同像素等级下，驱动器和分控制器决定整个显示控制***性能和成本的高低。较复杂的驱动方案可以使用较简单的分控制器，而较简单的驱动方案需要复杂的分控制器，例如带PWM输出能力的驱动器，分控制器只需要将要显示的灰度数据传输给驱动器就可以了，而不带PWM输出能力的驱动器，则需要分控制器来产生PWM波以控制LED的灰度。

为了获得稳定的屏幕刷新率，目前都是将LED显示屏分成若干个LED模组，一个分控制器对应一个LED模组，每个LED模组的数据量有限，分控制器对LED模组的扫描频率可以得到保证，从而整个屏幕可以达到一定的显示质量要求，但是当LED模组的规模越小时，扫描频率可以越高，但是同时分控制器的数量也越多，成本也越高。模组的分割由LED的驱动方式决定，因此如何平衡选择驱动器和分控制器的方案是整个LED显示屏控制***的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中一个分控制器所带LED模组像素总数不多，造成成本高的缺陷，而提供一种LED显示屏及其驱动控制方法，其能以更有效率的方式实现高显示质量和低成本。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种LED显示屏，其包括：一主控制器，其将外部的视频图像数据转化成灰度数据；一分控制器，其根据灰度数据产生亮灭控制信号和协同其它分控制器产生帧同步脉冲信号；多个串行移位电路，其接收并根据帧同步脉冲信号锁存LED亮灭控制信号；多个LED驱动器，其接收亮灭控制信号来驱动LED的亮灭。

优选地，所述分控制器包括一灰度数据接收电路、一帧同步电路和一类PWM波合成电路，该灰度数据接收电路接收、分解并存储主控制器发送的对应每个LED的灰度数据，该帧同步电路产生帧同步脉冲信号，该类PWM波合成电路接收灰度数据接收电路输出的灰度数据并进行合成转化成亮灭控制信号后输出。

优选地，所述灰度数据接收电路包括以太网接口、数据分解电路和存储器，该以太网接口是直接或通过路由器、交换机等设备与主控制器连接并接收灰度数据的，该数据分解电路将以太网接口中的灰度数据分离出来，该存储器保存数据分解电路分离的灰度数据。

优选地，所述以太网接口和存储器与数据分解电路连接，该存储器与类PWM波合成电路连接，该数据分解电路与帧同步电路连接。

优选地，所述灰度数据接收电路包括存储卡、存储卡接口和数据分解电路，该主控制器以离线的方式将灰度数据存入存储卡，该存储卡连接在主控制器和存储卡接口之间并保存灰度数据。

优选地，所述存储卡接口和数据分解电路连接，该数据分解电路还与帧同步电路和类PWM波合成电路。

优选地，所述串行移位电路、LED驱动器和多个LED构成一LED模组。

本发明的应用于这种LED显示屏的驱动控制方法，其包括以下步骤：

S1、读取LED模组内最末尾LED对应灰度数据的第N-1位，N≥1，若为1则输出高脉冲，为0则输出低脉冲；

S2、依次读取次末尾到第一个LED的对应灰度数据第N-1位，若为1则依次输出高脉冲，为0则依次输出低脉冲；

S3、完成所有LED的第N-1位灰度数据输出后，产生一个帧同步脉冲信号，锁定并驱动LED的亮灭，计为第1次扫描；

S4、重复以上的步骤，判断本次扫描周期若为第xxxx_xxx0次，则读取第N-1位灰度数据输出，若为第xxxx_xx01次，则读取第N-2位灰度数据输出，若为第xxxx_x011次，则读取第N-3位灰度数据输出，若为第xxxx_0111次，则读取第N-4位灰度数据输出，在扫描过程中，若当前LED灰度值为A，A不等于0，并且大于等于M位的高位都为0，M为小于N的正整数，表示低灰度值位，则进入步骤S5，否则依此类推直到输出第0位数据，共需扫描2^N-1个周期，其中xxxx_xxx0、xxxx_xx01、xxxx_x011和xxxx_0111均为二进制表示，x表示0或1值；

S5、若当前扫描周期为“

”的整数倍+M+1(

为下取整运算符号)，则输出为高，否则为低，完成输出后返回S4继续下一个LED灰度值的扫描。

本发明的积极进步效果在于：本发明以更有效率的方式实现显示屏的高显示质量和低成本。

附图说明

图1为现有技术中LED显示屏的模块示意图。

图2为本发明一种LED显示屏的模块示意图。

图3为本发明另一种LED显示屏的模块示意图。

图4为本发明LED显示屏控制方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

实施例1

如图2所示，本发明的一种LED显示屏，其包括：主控制器、分控制器和LED模组，其中分控制器由以太网接口、存储器、数据分解电路、帧同步电路和类PWM波合成电路组成，LED模组由若干个LED、LED驱动器和相应的串行移位电路组成，一个LED驱动器可以驱动单个或多个LED。图2中只给出了一套分控制器和一套LED模组的连接情况，在应用中，一套分控制器可以并行控制多套LED模组，从而组成更大规模的LED模组，然后将这样多套分控***与主控相连就构成了一个大型的LED屏幕。

其中，主控制器将外部的视频图像数据转化成灰度数据；以太网接口、数据分解电路和存储器构成一灰度数据接收电路，该灰度数据接收电路接收、分解并存储主控制器发送的对应每个LED的灰度数据，以太网接口是直接或通过路由器、交换机等设备与主控制器连接并接收灰度数据的，数据分解电路将以太网接口中的灰度数据分离出来，并按照便于类PWM波合成电路使用的方式，存储到存储器中，再将分解的结束信号传输给帧同步电路以产生帧同步脉冲信号，并在完成一显示帧数据存储后控制帧同步电路和类PWM波合成电路进行换帧操作，存储器保存数据分解电路分离的灰度数据。类PWM波合成电路接收灰度数据接收电路(存储器)输出的灰度数据，进行合成转化成类似PWM波的亮灭控制信号后输出。串行移位电路接收类PWM波合成电路输出的亮灭控制信号，并由帧同步电路发出的帧同步脉冲信号将亮灭控制信号锁存入LED驱动器。LED驱动器接收来自串行移位电路的亮灭控制信号，直接驱动LED的亮灭变化。

图2中LED驱动器采用不带PWM输出能力的恒流驱动器，恒流驱动器驱动LED的两种状态———点亮和熄灭，通过控制点亮、熄灭时间在单位周期内的比例就可以控制LED显示出灰度效果，最小亮灭脉冲宽度决定了灰度显示的精细程度，而与最大亮灭脉冲宽度的比值则决定了总的灰度等级。

图2中串行移位电路中每个时钟将接收到的亮灭控制信号向前移动1位，这样最先进入串行移位电路的亮灭控制信号也最先移出，通过将多个相同电路的级联可以实现在一个扫描周期内将亮灭控制信号传输到对应LED驱动器，最后接受帧同步脉冲信号的触发将亮灭控制信号锁存进LED驱动器，每个LED驱动器锁定的亮灭控制信号个数就是它所驱动的LED个数。

图2中帧同步电路根据数据接收电路的状态和其它分控制器的帧同步状态，以扫描周期的规律产生帧同步脉冲信号，同步刷新所有驱动器的输出，同步刷新的机制决定了可以很容易实现静态扫描的LED屏驱动方式，静态扫描驱动方式相对其他扫描方式(如1/4、1/8等扫描方式)的显示效果最好，且不需很高的恒流驱动，减少LED的光衰，延长显示屏寿命。同时同步刷新机制也不排除可以实现其它的扫描驱动方式。

图2中类PWM波合成电路从存储器中取出待显示的灰度数据，按照一定步骤合成转化成类似PWM波形的亮灭控制信号，并随时钟信号一起输出给串行移位电路。

参见图4，下面详细说明本实施例中产生类PWM波的驱动控制方法，其包括以下步骤：

步骤1，读取LED模组内最末尾LED对应灰度数据的第N-1位，若为1则输出高脉冲，为0则输出低脉冲(其中N≥1)；

步骤2，依次读取次末尾到第一个LED的对应灰度数据第N-1位，若为1则依次输出高脉冲，为0则依次输出低脉冲；

步骤3，完成所有LED的第N-1位灰度数据输出后，产生一个帧同步，锁定并驱动LED亮灭，计为第1次扫描；

步骤4，重复以上的步骤，判断本次扫描周期若为第xxxx_xxx0次(此时x个数为N-1个)，则读取第N-1位灰度数据输出，若为第xxxx_xx01次(此时x个数为N-2个)，则读取第N-2位灰度数据输出，若为第xxxx_x011次(此时x个数为N-3个)，则读取第N-3位灰度数据输出，若为第xxxx_0111次(此时x个数为N-4个)，则读取第N-4位灰度数据输出，在扫描过程中，若当前LED灰度值为A，A不等于0，并且大于等于M位的高位都为0，M为小于N的正整数，表示低灰度值位，则进入步骤5，否则依此类推直到输出第0位数据，共需扫描2^N-1个周期，其中xxxx_xxx0、xxxx_xx01、xxxx_x011和xxxx_0111均为二进制表示，x表示0或1值；

步骤5，若当前扫描周期为“

”的整数倍+M+1(

为下取整运算符号)，则输出为高脉冲，否则为低脉冲，完成输出后返回步骤4继续下一个LED灰度值的扫描。

下面以灰度数据为0到31为例，每个灰度数据为5位(N＝5)：Bit0～Bit4，低灰度值位M等于2，共需2⁵-1个扫描周期完成1帧扫描，。

在扫描周期0的时钟周期0，类PWM波合成电路读到最末尾一个(离PWM波合成电路最远的)LED的灰度数据Bit4，若值为1则输出高脉冲，表示LED亮；在扫描周期0的时钟周期1，类PWM波合成电路读到次末尾一个LED灰度数据Bit4，若值为1则输出高脉冲，表示LED亮，注意图4中时钟周期没有画出，实际上每个扫描周期内有L(L为一个模组内LED的总数)个时钟周期；

依次扫描完所有LED灰度数据Bit4后，驱动器锁定并控制LED的亮灭，同时进入第1个扫描周期；第1个扫描周期与第0个扫描周期一样，类PWM波合成电路首先读到最末尾一个LED的灰度数据Bit3，若值为1则输出高脉冲，表示LED亮；依次扫描完所有LED灰度数据Bit3后，驱动器锁定并控制LED的亮灭，同时进入第2个扫描周期；第2个扫描周期由于符合第xxxx_xxx0次扫描的规律，因此依然是读取Bit4并进行扫描控制，依次扫描完所有LED灰度数据Bit4后，驱动器锁定并控制LED的亮灭，同时进入第3个扫描周期；第3个扫描周期判断当前扫描的LED灰度值A小于8，则求整数倍，如果当前扫描周期等于

整数倍+3，则输出高脉冲，否则输出低脉冲，若A大于等于8，由于符合第xxxx_x011次扫描的规律，则读取Bit1，并进行扫描控制；依次扫描完所有LED灰度数据Bit1后，驱动器锁定并控制LED的亮灭，同时进入第4个扫描周期；第4个扫描周期判断当前扫描的LED灰度值A小于8，则求

整数倍，如果当前扫描周期等于(

整数倍+3)，则输出高脉冲，否则输出低脉冲，若A大于等于8，由于符合第xxxx_xxx0次扫描的规律，因此依然是读取Bit3并进行扫描控制；

依次扫描完所有LED灰度数据Bit3后，驱动器锁定并控制LED的亮灭，同时进入第5个扫描周期；

重复以上步骤，对于每个LED就可以得到如图4这样的类似PWM波的亮灭控制波形，显然若当这个LED灰度的Bit4为1时其它位为零时，LED在整个帧周期1/2的时间内都是亮的，而当LED灰度的Bit3为1时其它位为零时，LED在整个帧周期1/4的时间内都是亮的，符合PWM控制的要求。另外，由于对低灰度值的情况进行了特殊处理，即时在低灰度的情况下，扫描波形也是均匀分布在整个扫描帧周期之内，如灰度值为6时，

等于5，则LED在扫描周期3(5的0倍+2+1)、8(5的1倍+2+1)、13(5的2倍+2+1)、18、23、28为亮的，其它周期内灭的，灰度值为5时，

等于6，LED在扫描周期3、9、15、21、27为亮的，其它周期内灭的。整个帧周期都是有效的显示周期，相比普通的PWM波，同样的扫描时钟周期条件下，由于扫描周期被均匀打散，实际的刷新频率是提高了的，不论是在中高亮度还是低亮度的情况下都可以获得更柔和稳定的显示质量。

实施例2

参见图3，本发明的第二种实施例与第一种实施例相比基本相同，其区别在于主控制器以离线的方式将灰度数据存入存储卡中，灰度数据接收电路包括存储卡、存储卡接口和数据分解电路，存储卡连接在主控制器和存储卡接口之间，选用高速度的存储卡可以使得分控制器不再需要内部存储器和网络接口，成本大大降低，这种方式适合于一些显示内容不需要实时更新的场合。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1、一种LED显示屏，其特征在于，其包括：

一主控制器，其将外部的视频图像数据转化成灰度数据；

一分控制器，其根据灰度数据产生亮灭控制信号和协同其它分控制器产生帧同步脉冲信号；

多个串行移位电路，其接收并根据帧同步脉冲信号锁存LED亮灭控制信号；

多个LED驱动器，其接收亮灭控制信号来驱动LED的亮灭。

2、如权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，所述分控制器包括一灰度数据接收电路、一帧同步电路和一类PWM波合成电路，该灰度数据接收电路接收、分解并存储主控制器发送的对应每个LED的灰度数据，该帧同步电路产生帧同步脉冲信号，该类PWM波合成电路接收灰度数据接收电路输出的灰度数据并进行合成转化成亮灭控制信号后输出。

3、如权利要求2所述的LED显示屏，其特征在于，所述灰度数据接收电路包括以太网接口、数据分解电路和存储器，该以太网接口是直接或通过路由器、交换机等设备与主控制器连接并接收灰度数据的，该数据分解电路将以太网接口中的灰度数据分离出来，该存储器保存数据分解电路分离的灰度数据。

4、如权利要求3所述的LED显示屏，其特征在于，所述以太网接口和存储器与数据分解电路连接，该存储器与类PWM波合成电路连接，该数据分解电路与帧同步电路连接。

5、如权利要求2所述的LED显示屏，其特征在于，所述灰度数据接收电路包括存储卡、存储卡接口和数据分解电路，该主控制器以离线的方式将灰度数据存入存储卡，该存储卡连接在主控制器和存储卡接口之间并保存灰度数据。

6、如权利要求5所述的LED显示屏，其特征在于，所述存储卡接口和数据分解电路连接，该数据分解电路还与帧同步电路和类PWM波合成电路连接。

7、如权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，所述串行移位电路、LED驱动器和多个LED构成一LED模组。

8、一种采用权利要求1所述的LED显示屏的驱动控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、读取LED模组内最末尾LED对应灰度数据的第N-1位，N≥1，若为1则输出高脉冲，为0则输出低脉冲；

S2、依次读取次末尾到第一个LED的对应灰度数据第N-1位，若为1则依次输出高脉冲，为0则依次输出低脉冲；

S3、完成所有LED的第N-1位灰度数据输出后，产生一个帧同步脉冲信号，锁定并驱动LED的亮灭，计为第1次扫描；

S4、重复以上的步骤，判断本次扫描周期若为第xxxx_xxx0次，则读取第N-1位灰度数据输出，若为第xxxx_xx01次，则读取第N-2位灰度数据输出，若为第xxxx_x011次，则读取第N-3位灰度数据输出，若为第xxxx_0111次，则读取第N-4位灰度数据输出，在扫描过程中，若当前LED灰度值为A，A不等于0，并且大于等于M位的高位都为0，M为小于N的正整数，表示低灰度值位，则进入步骤S5，否则依此类推直到输出第0位数据，共需扫描2^N-1个周期，其中xxxx_xxx0、xxxx_xx01、xxxx_x011和xxxx_0111均为二进制表示，x表示0或1值；

S5、若当前扫描周期为“

”的整数倍+M+1，则输出为高，否则为低，完成输出后返回S4步骤继续下一个LED灰度值的扫描，其中“

”为下取整运算符号。

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