LED显示屏控制技术

LED 显示屏需要基于专用集成电路(ASIC )的控制系统进行控制，美信(Maxin)、安捷伦(Agilent) 和东芝等公司是世界上LED显示屏控制ASIC的主要制造商。除了LED显示技术本身的发展夕由于网络技术的不断进步和实际应用需要，目前网络型、智能型LED控制技术也出现了新的发展势头，这就对传统的一台微机控制一个或多个LED显示屏提出了新的挑战。由于LED显示技术与网络技术原本是彼此独立的，要实现LED显示屏的网络控制，就必须开发符合网络系统协议与规范的相关条款。

1. Agilent公司 LED显示屏控制方案

Agilent公司不仅是 LED重要的制造商，而且在LED应用方面也是世界领先者之一。该公司推出的三个系列的户外LED全彩屏和两个系列的室内LED全彩屏， 是目前世界市场上LED显示屏最齐全的产晶系列。Aailent公司提供的LED显示屏技术方案如下：

(1)LED 显示屏系统的数据传输

在传输方面，大屏系统一般采用串行方式进行视频数据的传输，长距离时通常采用光纤模式进行可靠传输。 |

Agilent公司的高速串行/解串行器芯片组可以满足客户对速度和同步的要求。Agilent公司的HDMP-1032/1034和HDMP- 1 022/1 024两套GLINK 芯片组可以分别实现串行1 200mbit/s和1 500Mbit/s fit传输速率。芯片组并口为并行16～22位的TTL电平，速度最高分别达到70MHz I-0 75MHz，而串口采用高速的PECL龟平。芯片组内置CDR，保证在长距离条件下的时钟恢复和同步，非常适合于长线路传输。用户可以在两个时钟周期内把24位RGB信号及控制信号送到GLINK芯片组中夕这样减少了对总线位数和芯片组数量的需求，可以有效降低成本。芯片组支持命令传输，可以使用同一条串行通道来传输控制命令，接收端可以很简单地解读出该命令。芯片组还支持额外的奇偶位传输。在近距离内，用户可以使用一条同轴电缆来连接;而在远距离情况下，用户可以使用一对光模块来实现视频信号的传输。对于高带宽的应用，比如客户需要更高色彩深度，这时可能一对串行/解串行器芯片组是不够的，GLINK 芯片组支持两组并联方式，可以简单地升级到 2.5GHz带宽以满足客户更高的带宽要求。这两个芯片组之间是严格节钟同步的，可以简化收发电路和逻辑设计，如图1所示。

 

 

图1 收发电路和逻辑设计

在长距离的应用中，需要使用光模块以保证可靠传输，一般是兆赫级采样的光模块。Agilent公司可以为用户提供全系列的光模块产品，包括100THz、1 PHz直至l 0PHz的单多模光模块产晶。目前HFBR-53D5 1.25GHz光模块在大屏领域被广泛应用。

在一般情况下，一对GLINK芯片组就可以满足用户的要求，因此只需要一条同轴电缆或光纤，大大简化了现场布线和维护。

(2)以太网接口

为了支持多媒体应用，有些大屏配置以太网接口可以支持播放MPEG2等视频流。Micrel公司作为领先的以太网芯片供应商，其以太网产品包括以太网交换芯片、以太网控制器、以太网物理层等产品，可以满足太屏系统在以太网方面的要求。这些产品支持l0THz， 100THz以太网，带有IVDI/MDI¨x JllffE，可以自动调整收发线对，直连或交叉网线都可以使用。

Micrel的以太网产品支持电缆和光纤模式，光纤工作模式支持把太屏放置在比较远的位置上。以太网控制器支持1路或2路以太网，CPU支持8/16/32位ISA接口或PCI接口。以太网物理层芯片可以提供MII、RMII等接口。灵活多样的产品系列使客户可以选择更加通用的CPU来实现设计。

(3)带外串口通信

配合大屏需要检测电源电压、温度等状态的要求，有些大屏系统使用带外串口通信。若FPGA需要下载和更新功能时，可以通过单片机来实现数据下载。Silicon Labs公司的单片机满足了这些要求，其单片机带有多路8位以上的模拟输入通道，封装小，速度快，兼容传统的8051;内部集成A/D转换层、D/A转换层、Flash和RAM;它是完整的 soc单片机，支持工业温度范围;同时该单片机支持通过多种方式在线升级，目前在大屏厂商中已有应用。

FPGA在太屏中的作用至关重要，它用于完成视频流的存储和刷新、控制·LED等核心功能。Actel公司的第三代基于Flash技术的FPGA，具有价格低、速度快、内置升压编程电路、允许在线升级等特点，并且上电立即工作，无加载配置数据的过程。它可以支持DDR内存的应用，FPGA内置l 8～500kbit的RAM，支持LVDS传输方式，可谓高性价比的 FPGA。Actel的FPGA由于采邓了Flash技术，抗辐射等性能出色，非常适合应用于气候变化剧烈的室外环境。

图2为LED 显示屏的解决方案框图。

深圳世强龟讯公司是ARilent、Micrel、SiliconLabs、Actel公司的授权分销商，可以为客户设计合适的电子显示屏系统解决方案，并提供显示屏的整合电路应用，如同步电子显示屏、同步和异步以太网电子显示屏等应用。

 

 

图2 LED显示屏解决方案框图

2.无线通信L E D显示屏电路

虽然LED显示技术已经相当成熟，但由于其显示和更新信息往往需与微机连接通信，其应用范围受到限制。图3为一种采用无线通信更新信息的LED 显示屏系统框图。

 

 

图3 系统框图

无线数据谩信方式有红外数据通信、电力载波数据通信和高频无线电数据通信等许多种。从抗干扰能力方面考虑，高频无线电数据通信是比较好的选择。

图3所示的LED 显示屏无线通信系统由发射机电路(包括串口电平转换电路、发射模块电路、发射机电源电路)、接收机电路(包括接收模块电路、接收机电源模块、隔离放太器)、单片机系统电路及显示驱动电路等部分组成。该显示屏可显示8个点阵汉字，硬件电路设计是关键环节。几个主要模块电路如下：

(1)驱动控制电路

电子显示屏上的LED驱动电路采用数据串行传输方式，如图4所示。

一个行地址由4/1 6译码器译码后输入到一个射极跟随器中，当输出为低电平时，该行的LED 处于有效状态，同时使用一条数组传送指令将数据传送过来完成一行的显示。也就是说，当16行中的某一晶体管基极为低电平时(平时是高电平)，这个晶体管就处于要导通的状态。在1 28列中，哪一列是低电平，哪一列的LED导通发光，这样就完成一列的显示。为防止某一列的128个点可能都发光使驱动晶体管电流过大而烧坏，选用电流为5A 的达林顿器件TIP 1 27，这样即使电路发生了静态现， 也不会使晶体管烧坏。

显示亮度的控制通过改变LED 发光和不发光的数量比值来实现，采用PWM可以控制LED显示屏的亮度等级。

(2)单片机控制电路

单片机作为整个电子显示板的控制、驱魂、接收/发送数据和整个电路协调的中央处理单元，担负着重要的任务。系统中的单片机部分主要由复位电路(开机复位和按键复位两种结合方式)、1 2MHz 的晶体管振荡器、存储扩展电路(扩展为32KB )构成。单片机的通信方式为串行异步通信方式，接收来自计算机发送的信号，比特率为2 400bit/s。

 

 

图4显示板行、列驱动电路

(3)发射/接收模块

DF数据发射模块电路如图5所示。发射模块的频率为315MHz，当环境温度为-25～+85 °C时，频率漂移仅为3 x 10-6/°C发射电路的工作电压为 3～12V。当发射电压为3V时，在空旷地的传输距离为20～5 0m ;当电压为5V时，传输距离为1 00～200m;当电压为 9v时，传输距离为300～500m;当电压为12V时，传输距离达700～800rn ，此时的发射电流为60mA，发射功率为500mW。

DF数据发射模块采用ASk调制方式，以降低功耗。当数据信号停止时，发射电流降为零。为保证发射模块正常工作，数据信号与模块输入端之间应用电阻而不是电容耦合。

 

 

图5发射模块电路

接收模块电路如图6所示。这种超外差接收模块采用RX33 10A无线遥控及数据传输ASIC和316.8MHz PfJ F表面波谐振器。超外差接收机对天线的阻抗匹配要求较高，外接天线的阻

 

 

图6接收模块电路