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亮度寄存器数据基于TLC5941芯片的全彩色LED大屏幕驱动设计

1 引言

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。

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