LED顯示屏控制技術(shù)

LED 顯示屏需要基于專用集成電路(ASIC )的控制系統(tǒng)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(yīng)用需要，目前網(wǎng)絡(luò)型、智能型LED控制技術(shù)也出現(xiàn)了新的發(fā)展勢(shì)頭，這就對(duì)傳統(tǒng)的一臺(tái)微機(jī)控制一個(gè)或多個(gè)LED顯示屏提出了新的挑戰(zhàn)。由于LED顯示技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原本是彼此獨(dú)立的，要實(shí)現(xiàn)LED顯示屏的網(wǎng)絡(luò)控制，就必須開發(fā)符合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)議與規(guī)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(yīng)用方面也是世界領(lǐng)先者之一。該公司推出的三個(gè)系列的戶外LED全彩屏和兩個(gè)系列的室內(nèi)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(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸

在傳輸方面，大屏系統(tǒng)一般采用串行方式進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的傳輸，長(zhǎng)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足客戶對(duì)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(xiàn)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(dá)到70MHz I-0 75MHz，而串口采用高速的PECL龜平。芯片組內(nèi)置CDR，保證在長(zhǎng)距離條件下的時(shí)鐘恢復(fù)和同步，非常適合于長(zhǎng)線路傳輸。用戶可以在兩個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)把24位RGB信號(hào)及控制信號(hào)送到GLINK芯片組中夕這樣減少了對(duì)總線位數(shù)和芯片組數(shù)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(nèi)，用戶可以使用一條同軸電纜來(lái)連接;而在遠(yuǎn)距離情況下，用戶可以使用一對(duì)光模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的傳輸。對(duì)于高帶寬的應(yīng)用，比如客戶需要更高色彩深度，這時(shí)可能一對(duì)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(jí)到 2.5GHz帶寬以滿足客戶更高的帶寬要求。這兩個(gè)芯片組之間是嚴(yán)格節(jié)鐘同步的，可以簡(jiǎn)化收發(fā)電路和邏輯設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 收發(fā)電路和邏輯設(shè)計(jì)

在長(zhǎng)距離的應(yīng)用中，需要使用光模塊以保證可靠傳輸，一般是兆赫級(jí)采樣的光模塊。Agilent公司可以為用戶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(yīng)用。

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

(2)以太網(wǎng)接口

為了支持多媒體應(yīng)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(yīng)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，可以滿足太屏系統(tǒng)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(diào)整收發(fā)線對(duì)，直連或交叉網(wǎng)線都可以使用。

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(yuǎn)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)品系列使客戶可以選擇更加通用的CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。

(3)帶外串口通信

配合大屏需要檢測(cè)電源電壓、溫度等狀態(tài)的要求，有些大屏系統(tǒng)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(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下載。Silicon Labs公司的單片機(jī)滿足了這些要求，其單片機(jī)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(tǒng)的8051;內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換層、D/A轉(zhuǎn)換層、Flash和RAM;它是完整的 soc單片機(jī)，支持工業(yè)溫度范圍;同時(shí)該單片機(jī)支持通過(guò)多種方式在線升級(jí)，目前在大屏廠商中已有應(yīng)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(chǔ)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(nèi)置升壓編程電路、允許在線升級(jí)等特點(diǎn)，并且上電立即工作，無(wú)加載配置數(shù)據(jù)的過(guò)程。它可以支持DDR內(nèi)存的應(yīng)用，F(xiàn)PGA內(nèi)置l 8～500kbit的RAM，支持LVDS傳輸方式，可謂高性價(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(yīng)用于氣候變化劇烈的室外環(huán)境。

圖2為L(zhǎng)ED 顯示屏的解決方案框圖。

深圳世強(qiáng)龜訊公司是ARilent、Micrel、SiliconLabs、Actel公司的授權(quán)分銷商，可以為客戶設(shè)計(jì)合適的電子顯示屏系統(tǒng)解決方案，并提供顯示屏的整合電路應(yīng)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(yīng)用。

圖2 LED顯示屏解決方案框圖

2.無(wú)線通信L E D顯示屏電路

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

圖3 系統(tǒng)框圖

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

圖3所示的LED 顯示屏無(wú)線通信系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)電路(包括串口電平轉(zhuǎn)換電路、發(fā)射模塊電路、發(fā)射機(jī)電源電路)、接收機(jī)電路(包括接收模塊電路、接收機(jī)電源模塊、隔離放太器)、單片機(jī)系統(tǒng)電路及顯示驅(qū)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(shè)計(jì)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。幾個(gè)主要模塊電路如下：

(1)驅(qū)動(dòng)控制電路

電子顯示屏上的LED驅(qū)動(dòng)電路采用數(shù)據(jù)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(dāng)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(shù)組傳送指令將數(shù)據(jù)傳送過(guò)來(lái)完成一行的顯示。也就是說(shuō)，當(dāng)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(dǎo)通的狀態(tài)。在1 28列中，哪一列是低電平，哪一列的LED導(dǎo)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(qū)動(dòng)晶體管電流過(guò)大而燒壞，選用電流為5A 的達(dá)林頓器件TIP 1 27，這樣即使電路發(fā)生了靜態(tài)現(xiàn)， 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(shù)量比值來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用PWM可以控制LED顯示屏的亮度等級(jí)。

(2)單片機(jī)控制電路

單片機(jī)作為整個(gè)電子顯示板的控制、驅(qū)魂、接收/發(fā)送數(shù)據(jù)和整個(gè)電路協(xié)調(diào)的中央處理單元，擔(dān)負(fù)著重要的任務(wù)。系統(tǒng)中的單片機(jī)部分主要由復(fù)位電路(開機(jī)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種結(jié)合方式)、1 2MHz 的晶體管振蕩器、存儲(chǔ)擴(kuò)展電路(擴(kuò)展為32KB )構(gòu)成。單片機(jī)的通信方式為串行異步通信方式，接收來(lái)自計(jì)算機(jī)發(fā)送的信號(hào)，比特率為2 400bit/s。

圖4顯示板行、列驅(qū)動(dòng)電路

(3)發(fā)射/接收模塊

DF數(shù)據(jù)發(fā)射模塊電路如圖5所示。發(fā)射模塊的頻率為315MHz，當(dāng)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(dāng)發(fā)射電壓為3V時(shí)，在空曠地的傳輸距離為20～5 0m ;當(dāng)電壓為5V時(shí)，傳輸距離為1 00～200m;當(dāng)電壓為 9v時(shí)，傳輸距離為300～500m;當(dāng)電壓為12V時(shí)，傳輸距離達(dá)700～800rn ，此時(shí)的發(fā)射電流為60mA，發(fā)射功率為500mW。

DF數(shù)據(jù)發(fā)射模塊采用ASk調(diào)制方式，以降低功耗。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)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(shù)據(jù)信號(hào)與模塊輸入端之間應(yīng)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)線遙控及數(shù)據(jù)傳輸ASIC和316.8MHz PfJ F表面波諧振器。超外差接收機(jī)對(duì)天線的阻抗匹配要求較高，外接天線的阻

圖6接收模塊電路