LED顯示屏控制技術(shù)

LED 顯示屏需要基于專(zhuān)用集成電路(ASIC )的控制系統進(jìn)行控制，美信(Maxin)、安捷倫(Agilent) 和東芝等公司是世界上LED顯示屏控制ASIC的主要制造商。除了LED顯示技術(shù)本身的發(fā)展夕由于網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷進(jìn)步和實(shí)際應用需要，目前網(wǎng)絡(luò )型、智能型LED控制技術(shù)也出現了新的發(fā)展勢頭，這就對傳統的一臺微機控制一個(gè)或多個(gè)LED顯示屏提出了新的挑戰。由于LED顯示技術(shù)與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)原本是彼此獨立的，要實(shí)現LED顯示屏的網(wǎng)絡(luò )控制，就必須開(kāi)發(fā)符合網(wǎng)絡(luò )系統協(xié)議與規范的相關(guān)條款。

1. Agilent公司 LED顯示屏控制方案

Agilent公司不僅是 LED重要的制造商，而且在LED應用方面也是世界領(lǐng)先者之一。該公司推出的三個(gè)系列的戶(hù)外LED全彩屏和兩個(gè)系列的室內LED全彩屏， 是目前世界市場(chǎng)上LED顯示屏最齊全的產(chǎn)晶系列。Aailent公司提供的LED顯示屏技術(shù)方案如下：

(1)LED 顯示屏系統的數據傳輸

在傳輸方面，大屏系統一般采用串行方式進(jìn)行視頻數據的傳輸，長(cháng)距離時(shí)通常采用光纖模式進(jìn)行可靠傳輸。 |

Agilent公司的高速串行/解串行器芯片組可以滿(mǎn)足客戶(hù)對速度和同步的要求。Agilent公司的HDMP-1032/1034和HDMP- 1 022/1 024兩套GLINK 芯片組可以分別實(shí)現串行1 200mbit/s和1 500Mbit/s fit傳輸速率。芯片組并口為并行16～22位的TTL電平，速度最高分別達到70MHz I-0 75MHz，而串口采用高速的PECL龜平。芯片組內置CDR，保證在長(cháng)距離條件下的時(shí)鐘恢復和同步，非常適合于長(cháng)線(xiàn)路傳輸。用戶(hù)可以在兩個(gè)時(shí)鐘周期內把24位RGB信號及控制信號送到GLINK芯片組中夕這樣減少了對總線(xiàn)位數和芯片組數量的需求，可以有效降低成本。芯片組支持命令傳輸，可以使用同一條串行通道來(lái)傳輸控制命令，接收端可以很簡(jiǎn)單地解讀出該命令。芯片組還支持額外的奇偶位傳輸。在近距離內，用戶(hù)可以使用一條同軸電纜來(lái)連接;而在遠距離情況下，用戶(hù)可以使用一對光模塊來(lái)實(shí)現視頻信號的傳輸。對于高帶寬的應用，比如客戶(hù)需要更高色彩深度，這時(shí)可能一對串行/解串行器芯片組是不夠的，GLINK 芯片組支持兩組并聯(lián)方式，可以簡(jiǎn)單地升級到 2.5GHz帶寬以滿(mǎn)足客戶(hù)更高的帶寬要求。這兩個(gè)芯片組之間是嚴格節鐘同步的，可以簡(jiǎn)化收發(fā)電路和邏輯設計，如圖1所示。

圖1 收發(fā)電路和邏輯設計

在長(cháng)距離的應用中，需要使用光模塊以保證可靠傳輸，一般是兆赫級采樣的光模塊。Agilent公司可以為用戶(hù)提供全系列的光模塊產(chǎn)品，包括100THz、1 PHz直至l 0PHz的單多模光模塊產(chǎn)晶。目前HFBR-53D5 1.25GHz光模塊在大屏領(lǐng)域被廣泛應用。

在一般情況下，一對GLINK芯片組就可以滿(mǎn)足用戶(hù)的要求，因此只需要一條同軸電纜或光纖，大大簡(jiǎn)化了現場(chǎng)布線(xiàn)和維護。

(2)以太網(wǎng)接口

為了支持多媒體應用，有些大屏配置以太網(wǎng)接口可以支持播放MPEG2等視頻流。Micrel公司作為領(lǐng)先的以太網(wǎng)芯片供應商，其以太網(wǎng)產(chǎn)品包括以太網(wǎng)交換芯片、以太網(wǎng)控制器、以太網(wǎng)物理層等產(chǎn)品，可以滿(mǎn)足太屏系統在以太網(wǎng)方面的要求。這些產(chǎn)品支持l0THz， 100THz以太網(wǎng)，帶有IVDI/MDI¨x JllffE，可以自動(dòng)調整收發(fā)線(xiàn)對，直連或交叉網(wǎng)線(xiàn)都可以使用。

Micrel的以太網(wǎng)產(chǎn)品支持電纜和光纖模式，光纖工作模式支持把太屏放置在比較遠的位置上。以太網(wǎng)控制器支持1路或2路以太網(wǎng)，CPU支持8/16/32位ISA接口或PCI接口。以太網(wǎng)物理層芯片可以提供MII、RMII等接口。靈活多樣的產(chǎn)品系列使客戶(hù)可以選擇更加通用的CPU來(lái)實(shí)現設計。

(3)帶外串口通信

配合大屏需要檢測電源電壓、溫度等狀態(tài)的要求，有些大屏系統使用帶外串口通信。若FPGA需要下載和更新功能時(shí)，可以通過(guò)單片機來(lái)實(shí)現數據下載。Silicon Labs公司的單片機滿(mǎn)足了這些要求，其單片機帶有多路8位以上的模擬輸入通道，封裝小，速度快，兼容傳統的8051;內部集成A/D轉換層、D/A轉換層、Flash和RAM;它是完整的 soc單片機，支持工業(yè)溫度范圍;同時(shí)該單片機支持通過(guò)多種方式在線(xiàn)升級，目前在大屏廠(chǎng)商中已有應用。

FPGA在太屏中的作用至關(guān)重要，它用于完成視頻流的存儲和刷新、控制·LED等核心功能。Actel公司的第三代基于Flash技術(shù)的FPGA，具有價(jià)格低、速度快、內置升壓編程電路、允許在線(xiàn)升級等特點(diǎn)，并且上電立即工作，無(wú)加載配置數據的過(guò)程。它可以支持DDR內存的應用，FPGA內置l 8～500kbit的RAM，支持LVDS傳輸方式，可謂高性?xún)r(jià)比的 FPGA。Actel的FPGA由于采鄧了Flash技術(shù)，抗輻射等性能出色，非常適合應用于氣候變化劇烈的室外環(huán)境。

圖2為L(cháng)ED 顯示屏的解決方案框圖。

深圳世強龜訊公司是ARilent、Micrel、SiliconLabs、Actel公司的授權分銷(xiāo)商，可以為客戶(hù)設計合適的電子顯示屏系統解決方案，并提供顯示屏的整合電路應用，如同步電子顯示屏、同步和異步以太網(wǎng)電子顯示屏等應用。

圖2 LED顯示屏解決方案框圖

2.無(wú)線(xiàn)通信L E D顯示屏電路

雖然LED顯示技術(shù)已經(jīng)相當成熟，但由于其顯示和更新信息往往需與微機連接通信，其應用范圍受到限制。圖3為一種采用無(wú)線(xiàn)通信更新信息的LED 顯示屏系統框圖。

圖3 系統框圖

無(wú)線(xiàn)數據謾信方式有紅外數據通信、電力載波數據通信和高頻無(wú)線(xiàn)電數據通信等許多種。從抗干擾能力方面考慮，高頻無(wú)線(xiàn)電數據通信是比較好的選擇。

圖3所示的LED 顯示屏無(wú)線(xiàn)通信系統由發(fā)射機電路(包括串口電平轉換電路、發(fā)射模塊電路、發(fā)射機電源電路)、接收機電路(包括接收模塊電路、接收機電源模塊、隔離放太器)、單片機系統電路及顯示驅動(dòng)電路等部分組成。該顯示屏可顯示8個(gè)點(diǎn)陣漢字，硬件電路設計是關(guān)鍵環(huán)節。幾個(gè)主要模塊電路如下：

(1)驅動(dòng)控制電路

電子顯示屏上的LED驅動(dòng)電路采用數據串行傳輸方式，如圖4所示。

一個(gè)行地址由4/1 6譯碼器譯碼后輸入到一個(gè)射極跟隨器中，當輸出為低電平時(shí)，該行的LED 處于有效狀態(tài)，同時(shí)使用一條數組傳送指令將數據傳送過(guò)來(lái)完成一行的顯示。也就是說(shuō)，當16行中的某一晶體管基極為低電平時(shí)(平時(shí)是高電平)，這個(gè)晶體管就處于要導通的狀態(tài)。在1 28列中，哪一列是低電平，哪一列的LED導通發(fā)光，這樣就完成一列的顯示。為防止某一列的128個(gè)點(diǎn)可能都發(fā)光使驅動(dòng)晶體管電流過(guò)大而燒壞，選用電流為5A 的達林頓器件TIP 1 27，這樣即使電路發(fā)生了靜態(tài)現， 也不會(huì )使晶體管燒壞。

顯示亮度的控制通過(guò)改變LED 發(fā)光和不發(fā)光的數量比值來(lái)實(shí)現，采用PWM可以控制LED顯示屏的亮度等級。

(2)單片機控制電路

單片機作為整個(gè)電子顯示板的控制、驅魂、接收/發(fā)送數據和整個(gè)電路協(xié)調的中央處理單元，擔負著(zhù)重要的任務(wù)。系統中的單片機部分主要由復位電路(開(kāi)機復位和按鍵復位兩種結合方式)、1 2MHz 的晶體管振蕩器、存儲擴展電路(擴展為32KB )構成。單片機的通信方式為串行異步通信方式，接收來(lái)自計算機發(fā)送的信號，比特率為2 400bit/s。

圖4顯示板行、列驅動(dòng)電路

(3)發(fā)射/接收模塊

DF數據發(fā)射模塊電路如圖5所示。發(fā)射模塊的頻率為315MHz，當環(huán)境溫度為-25～+85 °C時(shí)，頻率漂移僅為3 x 10-6/°C發(fā)射電路的工作電壓為 3～12V。當發(fā)射電壓為3V時(shí)，在空曠地的傳輸距離為20～5 0m ;當電壓為5V時(shí)，傳輸距離為1 00～200m;當電壓為 9v時(shí)，傳輸距離為300～500m;當電壓為12V時(shí)，傳輸距離達700～800rn ，此時(shí)的發(fā)射電流為60mA，發(fā)射功率為500mW。

DF數據發(fā)射模塊采用ASk調制方式，以降低功耗。當數據信號停止時(shí)，發(fā)射電流降為零。為保證發(fā)射模塊正常工作，數據信號與模塊輸入端之間應用電阻而不是電容耦合。

圖5發(fā)射模塊電路

接收模塊電路如圖6所示。這種超外差接收模塊采用RX33 10A無(wú)線(xiàn)遙控及數據傳輸ASIC和316.8MHz PfJ F表面波諧振器。超外差接收機對天線(xiàn)的阻抗匹配要求較高，外接天線(xiàn)的阻

圖6接收模塊電路