TLC5941设计的全彩LED大屏幕驱动技术_技术

TLC5941设计的全彩LED大屏幕驱动技术

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。

　　2、TLC5941芯片介绍

　　2.1 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。

　　2.2 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存器，随机控制亮度PWM输出，如果Mode=1,点校正串行移位寄存器锁存到点校正控制寄存器，控制电流的输出。

　　为了保障彩色大屏幕的可靠运行，TLC5941提供了每一路LED开路和过温检测的能力，管脚XERR是集电极开路输出，用于出错时报警，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，通过查询芯片的内部状态信息，就可以知道哪一路出现故障，系统中所有TLC5941的XERR管脚可以接到一起，通过上拉电阻接到高电平，通过监控这个信号，系统可以在运行过程中进行自我诊断。

　　另外TLC5941还提供了GCLK管脚，输入一个时钟信号可以同步PWM的产生。

　　3、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，都有单独的驱动电路，由于是室内屏，驱动设计采用动态1/8扫描驱动方式。驱动电路的控制由可编程逻辑器件EPM1270（Altera）实现，为了提高帧频，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中给出的是子屏驱动中单路的电路框图。

　　存储器中前26k开始存储的是每点的色彩信息，每象素3个字节24位表示颜色，每个字节分别对应于一个象素的红绿蓝3个象素的彩色亮度值，后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示单元的色素值，再与亮度寄存器值运算后得到12位的每通道TLC5941的亮度值（控制每个象素的亮度和色彩），通过并/串转换后输出，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，一行数据输出完毕。

　　4、结语

　　采用Verilog语言对EPM1270进行逻辑设计，综合后占用芯片资源的79%,利用上述设计构建的彩色大屏幕系统刷新频率达到60Hz,通过γ校正和点校正，全屏各象素点亮度均匀，层次感很强，达到了设计要求，这个基于TLC5941的全彩色大屏幕驱动方案联机屏和脱机屏都可以使用，实践证明具有良好的显示效果。