LED显示屏的扫描算法 第5页
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象素
LED显示屏的最小成像单元。是表示图像信息的最小单位，与液晶显示器或是等离子
显示器的定义一样，一个象素可能由多个同种颜色或不同颜色的单管组成，一个象素中不同
基色的单管构成若干子象素，每种颜色的单管的总体成为一个子象素。双基色的屏体每个象
素含有两个子象素；而全彩色的象素包含三个子象素或更多子象素。
基色
组成象素的LED单管的颜色的数量，在中华人民共和国电子行业标准《LED显示屏通
用规范》中定义了双基色LED显示屏和全彩色LED显示屏。这两中屏对应的基色分别为2，
3。
宽
指水平方向上象素的个数，而不是实际显示屏的尺寸。
高
指垂直方向上象素的个数，而不是实际显示屏的尺寸。
灰度，灰度等级
LED显示屏同一级亮度中从最暗到最亮所能区别的亮度级数。注意这里所说的所能区
别是指技术上可以区别，这种区别使用某些高精度的仪器可以测量出来，但人眼视觉并不一
定能分辨所有的等级。一般实现的灰度都为2的指数幂级，故可以表示为n2级灰度。
显示特技
是异步LED显示屏系统中常用的术语，用来指一幅画面替代另一幅画面的过程中，原
画面从屏上消失的动态效果和新画面显示到屏幕的动态效果。简称特技。一般有两种模式：
1.第一阶段，原画面应用一种特技从屏上消失，屏幕逐渐变为黑屏，一般成为出场特
技；第二阶段新画面以另一种特技在屏上出现，新画面逐渐覆盖黑屏，一般称为进
场特技。
2.新画面直接以一种特技方式覆盖原画面。
常用的特技有：从上向下覆盖以及各个其它方向上的覆盖，从下向上的移动及其它各个
方向上的移动等等。
场频
是指LED显示屏所显示的数据每秒钟刷新的次数。多数LED显示屏采用扫描方式工作，
显示稳定的图像是靠人眼的视觉残留效应，一般来说F越大，显示效果越好，而需要的上
屏时钟频率就越高。
扫描线数
LED显示屏扫描显示一副完整的图像需要将图像分为几个部分，再将这几个部分分时
显示。所需要的分时点亮的次数定义为扫描线数。东南大学硕士学位论文
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第三章LED显示屏的扫描算法 第5页
3.1扫描部分详述
3.1.1硬扫描系统
硬扫描是指由硬件逻辑从帧缓存内读取数据，变换数据格式，产生扫描时序的扫描系统。
硬件扫描的控制核心是硬件逻辑电路板，或是将这些逻辑集成到其中的CPLD或FPGA。通
常一套扫描系统可以适应多种样式的屏体，因此在系统设计过程中，将与屏体有关的部分和
与屏体无关的部分在两块分立的PCB上实现，两者之间使用统一的接口，以使系统得到最
大限度的复用性。一个典型的硬扫描系统由以下几部分构成。如图7：
数据传输接口：这部分属于系统的数据传输部分。
图7硬扫描系统框图第二章LED显示屏系统概述
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处理器等其它控制逻辑：用来辅助完成信息的处理组织等功能，经常在异步显示屏
中需要这部分，用来完成数据接收、特技控制等功能。
扫描逻辑：扫描逻辑可以由分立元件构成，也可以由CPLD、FPGA集成，现阶段
主要是使用后者。
帧缓存：帧缓存是存储扫描逻辑部分用来进行数据变换时使用的临时存储器，通常
存储一帧图像。其可能是乒乓工作的两组存储器，也可能是分时进行读写访问的一
组存储器。
数据分配：依据屏体的不同对数据格式重新组织。
信号驱动：从上节可知，驱动屏体的许多信号是并联的，这些信号的信号源只有一
个，所以需要另外几级驱动，将每个信号都复制成多个，每个驱动一路屏体。
设计时对于硬扫描的系统需要考虑的问题还有帧缓存的容量和速度，及如何完成数据的
分配。
3.1.2软扫描系统
当用户需求的屏幕有较低的参数和较小的尺寸时，使用上述的硬件扫描难免造成资源浪
费：CPLD的资源利用较少，CPU的大量重复循环，RAM空间大部分剩余等等。如果利用
CPU的固有资源来控制小尺寸显示屏成为可能，那么将大幅度降低成本，事实上是可以的。
显然只要产生符合屏体驱动模块的时序的信号，就可以使用一只CPU再附加少量逻辑驱动
并扫描LED显示屏，这样的系统就称为软扫描系统。
软扫描的控制核心是有一定接口的处理器，如各种内核的单片机。由通用处理器完成帧
数据的读取、组合和变换，同时通过某些总线接口产生扫描时序。典型的软扫描系统由以下
几部分构成。东南大学硕士学位论文
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与硬扫描不同的几处：
处理器：完成图像读取，处理，产生扫描时序。
存储器：与处理器配合，用来存储图像数据和程序运行过程中的变量。
实际中要考虑的问题是：对于某种处理器可以扫描多大的屏体，对于要求的屏体是否可
以采用软扫描。
3.1.3灰度的产生和屏体的扫描
常用的灰度实现方式采用占空比方式。举一个例子说明这个问题。例如实现
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2即256
级灰度显示，对于4线屏体，可以采用下面两种扫描方法实现灰度：
方法1：将每帧时间分成8段，每个时间段都要扫描一遍屏体，各个段的时间长度按照
1:2:4:8:16:32:64:128来安排。要显示某级灰度的数据，只需要在相应的时间段内点亮
LED，如第22级灰度即可在第2，3，5时间段点亮LED，连续扫描后即可得到稳定的带灰度
图像。这样的扫描方式称为行优先扫描，就是先扫行再扫灰度。对于一个灰度级为n，线数
为s的屏，按照如下方式扫描：
图8软扫描系统框图第二章LED显示屏系统概述
1.顺序扫描第1级灰度级的第1线到第s线
2.顺序扫描第2级灰度级的第1线到第s线
3.。。。
4.顺序扫描第n级灰度的第1线到第s线
具体扫描每一级灰度的过程如下：
1.各时钟先后将数据串行移入对应的屏体
2.通过锁存信号将串行数据存入并行寄存器
3.同时切换行选信号，使数据显示到新的一线
4.重复过程1～3，直到最后一线
5.扫描下一级灰度
方法2：将每帧时间分为4段，每段时间内扫描屏体的一线。每段时间内再将LED的点
亮时间按照1:2:4:8:16:32:64:128来安排，在每线过程中一次将所有灰度扫完然后再扫
描下一线，这种扫描方式称为灰度优先扫描，一般的过程如下：
1.顺序扫描第1线的第1级灰度到第n级灰度
2.顺序扫描第2线的第1级灰度到第n级灰度
3.。。。
4.顺序扫描第s线的第1级灰度到第n级灰度
具体扫描每一线的过程如下：
1.各时钟先后将第一级灰度的数据串行移入对应的屏体
2.通过锁存信号将串行数据存入并行寄存器
3.各时钟先后将第2级灰度的数据串行移入对应的屏体
4.通过锁存信号将串行数据存入并行寄存器
5.重复过程3～4，直到最后一级灰度
6.切换行，扫描下一线
控制每行LED的点亮时间有两种方法：一是通过控制STR信号的时间间隔来实现，两次
STR之间的间隔时间就是一行LED的点亮时间，下文中以S
TR
t表示这个时间；其二可以通过
控制RES信号来实现，任何时候无效RES可以使模块熄灭，下文中以R
ES
t表示RES的有效时
间。由此可以看出STR时序和RES时序是扫描方法的两个重要参数。
3.2 LED显示屏的扫描参数
【7】【20】【8】【18】
LED显示屏的扫描参数是和LED显示屏扫描部分相关的各种LED显示屏的参数，其
中包括最终用户提出的用户需求参数：如屏宽，屏高，场频，色彩，亮度，对比度等等，也
包括设计过程中的其它设计参数：如存储器，基色，灰度等级，帧频，场频，软/硬扫描，
屏体分块等等。
3.3扫描算法的定义
这里认为，在设计LED显示屏扫描部分的过程中，求取各个扫描参数的方法称为LED
显示屏的扫描算法。
具体一点包括诸如：如何确定采用软扫描还是硬扫描，如何确定扫描线数，存储器参数，