LED显示屏的扫描算法 第11页

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以得到不错的效果。
3.5.2扫描线数和场频
【8】
3.4.5节提到扫描线数的是影响屏体亮度的一个重要因素。一般加工16线,8线,4线,静
态(1线)几种屏体。室内显示屏多采用高亮管或8×8模块制作的16线屏体或8线屏体。
半室外显示屏和室外屏采用超高亮管的4线屏体。在某些亮度要求很高的室外显示屏,需要
采用价格很高性能很好的LED单管,为了充分利用LED的亮度,甚至采用线数为1的静态
锁存屏体。
观看大屏幕电视机都能感觉到屏幕闪烁,而电脑监视器则没有闪烁感,3.4.8节提到,场频
是影响闪烁的重要因素。用户都要求LED显示屏不能出现闪烁,场频的提高对降低闪烁有
重要作用。有些用户在产品的要求上已经明确指出屏需要实现的刷新率(即场频),如果没
有明确提出,一般室内屏要求在80Hz以上,室外屏常要求到120Hz,150Hz,甚至400Hz。
因为亮度会影响人眼的临界闪烁频率,所以亮度越高的显示屏要实现的场频就要越高,另外
要达到同样的效果,使用灰度优先扫描的屏需要有比行优先扫描的屏更高的场频。
在设计同步显示屏时场频要和信号源同步,所以在设计之初场频就被严格固定下来了,而异
步屏的设计只要场频满足一定的条件即可,不必是某个固定值。
3.5.3锁存和消影
实际应用中,当一行数据全部送上屏体后,产生锁存信号,此时不再向屏体送数据,这
样会使上屏时钟不连续,由此计算得到的场频也没有实际的高。但这个影响很小。
在行切换时,如果锁存先发生,则会在此行会留下下一行图像的影子;如果行切换先发
生,则会在下一行留下此行图像的影子。要避免这种现象的发生。方法是在锁存和切换行之
前禁止屏幕显示,而在之后重新打开屏幕显示。这样会消除上述的影子,这个过程即所谓的
消影,但是这种方法会对屏的亮度产生影响,在扫描灰度图像时还会使最高灰度级的亮度减
小,从而使亮度的线性度受到影响。但是这些影响都非常轻微,正常情况下根本察觉不到。
3.5.4晶振的选择
①在设计同步屏时:
显示屏的刷新和信号源的刷新要同步,因此会遇到场频被严格限制的情况,如使用DVI接
口75Hz的信号源时,显示屏的场频只能是75的倍数(包括1)。这时STR和RES的时序
就首先被确定下来了。
这时由于晶振的选择,有可能出现上屏时WCt(x)
f
Ft,n
1?
?<,即数据上屏的时间小于STR
信号的最小时间,但此时STR和RES的条件必须被满足,所以需要在数据上屏后加入若干时
钟周期,使得总的时间和t(x)
t,n
近似,并且也要保证在各级灰度时都和对应的t(m)
STR和
t(m)
RES
近似,同时要保证总时间和场时间相等。这样一来上屏时钟就可能是不连续的了。
②在设计异步屏时:第二章LED显示屏系统概述
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如果理论计算的上屏时钟市场上买不到对应的晶振,或是其数倍的晶振,则需要购买其
频率附近的晶振(或是更高频率的晶振,取其分频),它的频率作为上屏时钟f,并且需要
满足m
ax
f≤f。
一般设计时使用连续数据上屏(不考虑锁存的影响),则()WC
ft
x
tnF
=??1
,由
此可以
应用式7、式8计算STR,RES时序;还可以应用
Fsf
WCsN
fF
???=
计算场频,看场频是
否可以满足要求。
3.5.5应用扫描算法设计扫描电路
3.5.5.1设计第一步
1.确定设计W和H,对于W需要向8的整数倍取整,对于H需要向s的整数倍取
整。这样使算法的编写和硬件的设计更加容易。注意使W和H不小于需求参数。
2.对屏体分块,初步确定
F
W,然后依据软扫描评价法则计算是否可能采用软扫描。
如果可能采用软扫描,并确定要使用软扫描方法则进行下文的软扫描步骤(此处只
讨论SPI软扫描的步骤),否则进行硬扫描步骤,而硬扫描又分为硬扫描异步屏和
硬扫描同步屏,下文分别列出:
3.5.5.2硬扫描异步屏步骤
1.对要求的场频放一定余量,如要求120Hz,可以按照130Hz计算。
2.根据3.5.1节介绍的内容,确定灰度级数n。
3.根据点亮效率约束式(式16)选择几个较合适的
sf
N,下面的步骤中根据
sf
N的
不同,分别确定几个方案,在计算出各个方案之后,从中选取最优的方案。
4.根据对亮度的要求,依据亮度公式(式13),考虑上一步选取的
sf
N,综合考虑其
它几个因素,确定LED象素型号和扫描线数s。
5.依据上屏时钟约束式(式20),使用初步确定的
F
W来确定C。因为C一定是整
数,所以这一步需要适当修正FW,随即修正W。如果C=1还不能满足要求,就
要重新对屏体分块,确定新的FW。最后根据选择的参数计算出上屏时钟的理想频
率f。东南大学硕士学位论文
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6.如有必要,计算帧缓存的峰值速度
m
T。确定系统最高频率。购买合适的晶振。
7.根据3.5.4,以实际的频率计算实际上屏时钟
R
f和场频
R
F,使其满足设计要求。
8.如有必要,根据帧缓存速度公式(式24,式26)计算帧缓存的峰值带宽
mR
T,由
此选择帧缓存芯片。
9.根据总象素公式(式4),计算各个
sf
N对应的
dpc
W,由此确定系统的复杂程度。
10.综合比较各个
sf
N时的方案,选出最优的方案。
11.根据式18,式19计算STR,RES时序。
12.根据3.4.8,确定灰度扫描方式和脉冲打散方式。
13.设计硬件
设计实例:
据此设计的1024×512象素双基色LED显示屏,单基色256级灰度,存储器峰值带宽
50MHz,选用12ns的帧缓存。上屏时钟12.5MHz,C=1,数据全并行上屏,设计时
使用16线屏体,可以接4线、8线屏体。场频60Hz,采用子场打散扫描方式,取得很
好的效果。
3.5.5.3硬扫描同步屏步骤
1.根据信号源和灰度扫描方式(3.5.2)确定场频,如信号选择60Hz,则场频可以选
择60、120、180Hz。
2.根据3.5.1节介绍的内容,确定灰度级数n。
3.根据点亮效率约束式选择几个较合适的
sf
N,下面的步骤中根据
sf
N的不同,分别
确定几个方案,在计算出各个方案之后,从中选取最优的方案。
4.根据对亮度的要求,依据亮度公式,考虑上一步选取的
sf
N,综合考虑其它几个因
素,确定LED象素型号和扫描线数s。
5.根据式11、式12计算出STR,RES时序。
6.依据上屏时钟约束式,使用初步确定的
F
W来确定C。因为C一定是整数,所以这
一步需要适当修正FW,随即修正W。如果C=1还不能满足要求,就要重新对屏
体分块,确定新的FW。最后根据选择的参数计算出上屏时钟的理想频率f。
7.如有必要,计算帧缓存的峰值速度
m
T,并依据f和
m
T确定系统的最高晶振
s
f,
其可能是前两者的最小公倍数。
8.如果购买不到合适的晶振,则必须购买频率更高的晶振。但必须保证上屏时钟和帧第二章LED显示屏系统概述
缓存速度满足要求。
9.以实际的频率计算实际上屏时钟
R
f。
10.如有必要,根据帧缓存速度公式计算帧缓存的峰值带宽
mR
T,由此选择帧缓存芯片。
11.根据3.5.4,以实际的系统时钟频率折算STR,RES的时序中各级灰度需要的系统时
钟个数,以此作为FPGA设计时的依据。
12.根据总象素公式,计算各个
sf
N对应的
dpc
W,由此确定系统的复杂程度。
13.综合比较各个
sf
N时的方案,选出最优的方案。
14.确定灰度扫描方式和脉冲打散方式。
15.设计硬件。
设计实例:
应用此算法在实际工程中设计640象素宽,512象素高,单基色4096级灰度
(n=12)的全彩色LED显示屏。采用四分之一扫描(s=4)的显示驱动模块。考虑
显示屏的点亮效率,取x=7此时点亮效率为84.2%,较为合理。为使显示屏不闪烁取
场频F为120Hz。根据以上参数计算当=640
F
W、C=1时上屏时钟为11.7MHz,与
max
f
为10MHz相比频率略高,于是考虑将屏体横向分割,取=2
V
D即将屏体横向分为等宽
的两部分,此时上屏时钟为5.8MHz,较为合理。同时驱动模块级联数为20,在允许范
围之内。使用以上参数设计的全彩色LED显示屏取得了良好的效果。
3.5.5.4软扫描步骤
1.根据对用户对亮度的要求,依据亮度公式,综合考虑成本问题,确定LED象素型
号和扫描线数s。
2.确定SPI总线频率,选择上屏时钟频率,由式41可知,选择
dpc
W从而选择f,
并使m
ax
f≤f。
3.如果设计同步屏,则由确定的场频就可以根据式11,式12计算出STR,RES时序;
如果设计异步显示屏,则根据式43,式44就可以计算出STR,RES时序。
4.确定灰度扫描方式,和脉冲打散方式
5.设计硬件
设计实例:
应用此算法实验室使用philips LPC2106处理器制作了一款软扫描控制板,用于控制双
基色小尺寸屏,其SPI总线速度为8Mbit/s,估算其扫描256×128的双基色屏时可能达到场
频61Hz(η取0.5),不太合适。在扫描192×128的双基色屏时,可能达到163Hz,比较合
适。实际扫描频率比其略高,在80Hz时可以扫描的尺寸达到240×128。

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