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灰度值发生器

灰度值发生器的主要功能，是提供与灰度值各bit权值相对应的不同占空比的信号。现仍以8 bit灰度值为例，进行说明。用两片74LS161组成8 bit计数器，对时钟信号CLK进行计数，可以得到。^255共计256计数值。当一个时钟信号CLK的周期为T(频率为户时，上述计数值对应IT-256T. 8 bit计数器的各位输出d0-d7的权值分别为1， 2， 4， 8， 16，32， 64， 128，其波形图如图3.1.9所示。为了便于时间长度的表示，图上只画出了d0-d4一共5位计数输出的波形。不难看出，各位输出波形的重复频率分别为f/2， f/4， f18， f116，l32，或者说，各自的半个重复周期恰好是 1T， 2T， 4T， 8T， 16T，这与我们所需要得到的占空比的值是完全相同的。但是占空比信号要求在256T时间内只出现一次信号，而不是重复出现某一频率的信号。为了形成单个占空比信号，利用相应位信号的非进行与操作，就可以只保留一个周期信号(实际上只有半个周期为正)，而屏蔽掉其它重复周期。相与各位的选择办法，是最小占空比信号 1T1256T (a)由全部计数输出位(d0*-d7*)相与，最大占空比信号128T1256T (h)由最高位d7*直接给出，中间各位依次只和比自己高的位的计数输出相与上述方法，采用了计数器输出各位的非进行相与，是为了取得一般描述占空比信号时常用的波形，即有效信号在前，空闲在后。如果不考虑前后问题，只要求占空比的比值正确的话，取消反向器，也是完全可以的。

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分析一下产生上述速度问题和亮度问题的原因，不难看出这是由于灰度级的处理是分bit进行的，利用原有列数据传输系统和统一的一套灰度值发生器所引起的。要想改善图像显示屏的运行状态，比较理想的途径是采用专用大规模集成电路，对于每一列数据单独处理它的灰度值。同时还要考虑到为了适应点阵显示器的数据传输，器件应该具有级联功能。TexasInstruments公司正是为了满足这一需要，生产了TLC5902芯片，专门用于显示灰度图像的LED驱动。

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该器件具有良好的保护性能，它可以和看门狗时钟电路(WDT )联合工作，在动态扫描工作方式下，当扫描信号停止时，恒流输出被关闭，以免LED由于长期点燃而损坏(因为在扫描工作方式下，LED工作电流选择得比静态显示方式时大)。也可以和过热切断电路(TSD)一起工作，此时，当芯片的结温超过限度时，恒流输出被切断。TLC5902的内部有一个16 x 8 bit的移位寄存器和数据锁存器，它可以对8 bit的并行数据进行移位，还可以锁存16个8 bit数据。移位寄存器的输人由数据输人端DINO至DIN7提供，移位溢出的数据由DOUTO至DOUT7输出，送到下一个芯片形成多片级联。ENABLE*是移位寄存器的使能信号，DCLK是移位寄存器的移位时钟。LATCH*是数据锁存器的锁存使能信号，当其为高时进行移位，即传输数据；而当其为低时将移位寄存器的输出打人到数据锁存器。由于亮度控制数据和灰度级控制数据都是从DINO至DIN7输人的，为了区别输人数据的性质，用RSEL信号作为移位寄存器锁存器的输人数据选择。当RSEL为高时，移位寄存器锁存器把输人数据定义为亮度控制数据；而当RSEL为低时，定义为灰度级控制数据。作为占空比控制，芯片内部有一个专用的8 bit灰度级计数器，对灰度级计数时钟GSCLK进行计数。另外还有一个16X 8 bit的比较器，对每一列锁存的8 bit灰度级数据和8 bit的GSCLK计数值进行比较，从而形成有效显示时间的控制。16列的输出由16 bit恒流驱动器提供。恒流控制的参考电流由连接到IREF引脚上的外接电阻确定。由于芯片具有8 bit/16bit两种输出方式，采用MODE控制输人信号进行选择。当MODE为高时选择16 bit输出方式，当MODE为低时选择8 bit输出方式。此外作为保护芯片还包括看门狗定时电路WDT和超温关断电路TSD.

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 对于亮度控制移位寄存器锁存器设置为每一个芯片为1 X 8bit结构。当RSEL设置为高时，移位寄存器锁存器被选择为亮度控制。如果不用亮度控制功能，则BCse ENA应接低电平，以便使亮度控制锁存器复位为初始值00011111b。这时用不着向移位寄存器锁存器中写人亮度控制数据。上电时锁存器数据是不确定的。当使用亮度控制功能时，应该对移位寄器锁存器写人数据。在LED点亮时由于亮度控制功能被禁止，所以还应该再写人亮度控制锁存值。

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 TLC5902技术参数

一、主要特征

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真值表(数据)

数据真值表见表3.43.2.4 TLC5902的运用为了讨论的方便，我们还是假定一些具体参数。设屏体点阵数MXN为80X 128，显示8 bit灰度单色图像，扫描方式为1/16，显示帧频率为120Hz， TLC5902的恒流输出工作于16bit方式。这样，一片TLC5902可以控制16行、每行16列的显示。总共需要((80/16) X(128/16) =5 X 8=40片，TLC5902按一行8片，一共5行来组织。

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 计算机显示适配卡

作为视频源，最常用的是计算机显示适配卡，因为目前多媒体技术的发展，已经使VCD，DVD、录像、摄像、广播电视等多种信号都能在计算机上进行显示。另一方面，计算机本身又是数字化的，信号的性质满足LED显示屏的需要。常用的计算机显示系统大都采用逐行扫描方式，扫描频率(帧频、行频、点频)及相应的扫描周期随不同厂家不同分辨率而有所不同，并没有统一的标准。大致上点频在25MHz以上，行频在30kHz以上，帧频在60Hz以上。表4.2中列出了几种常用的计算机显示模式下适配器的扫描参数。计算机图像显示的分辨率有64O X480， 800 X 600， 1024 X 768等多种。封算韧茵彭示系统所能够显示的彩色数量，由表示RGB三基色每色灰度值的bit数所决定。如果每色灰度值用8 bit表示，则可以组合显示的彩色数量就是256 X 256 X 256=16 777 216种，也就是通常所说的16兆色，或全彩色。由于大多数计算机常用的CRT显示器是模拟式的，所以计算机显示适配卡的输出端插座上所提供的信号也是模拟式的。这种输出插座一般有巧针和9针两种，巧针插座引脚定义如表4.3所示。为了能够从显示适配卡上取得LED显示屏所需的数字信号，需要使用有特征插座 (FEATURE CONNECTOR)的显示适配卡。4.1.2 ES98多媒体视频卡为了适应LED显示屏的需要，北京东方星科技发展有限责任公司开发了专门用于LED显示屏的ES98 (ES是东方星East Star的英文字头)多媒体视频卡。这是一块综合性很高的多功能卡，其主要功能有以下三个方面：首先它是一块计算机显卡，驱动CRT显示器，实现人一机界面的功能；第二种功能是提供LED显示屏所需要的各种显示数据和控制信号：第三方面的功能是为了在LED显示屏上播放各种节目，提供多种视频输人的通道，实际上它又是一块多媒体卡。下面分别就这三方面进行说明。

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 ES98卡上显示存储器可配置到4MB，印刷电路板采用了6层板布线，电源和地都作了滤波处理，所用的部件全部采用表面安装器件，因此产品性能稳定可靠。板上设有三个视频信号输人口Videol， Video2和S-Video，输出口有送计算机VGA显示器的DB 15针插座和送LED显示屏的50针插座。板上安装13个跳线开关JP1-JP13，分别对复合消隐信号BLANK的输出引脚选择、分辨率、彩色数据位数、点时钟频率、控制信号极性、点时钟延时等进行设置。现将各跳线开关的设置功能分述如下：由于在不同分辨率情况下，点时钟脉冲、行同步信号、帧同步信号以及复合消隐信号之间的极性关系并不是一成不变的，而LED显示屏控制电路所需要的这些信号的极性关系又是根据电路设计的要求进行安排的，因此需要对这些控制信号的极性进行设置。需要说明的是，这里所说的同向信号和反向信号，并不意味着就是正脉冲和负脉冲。

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 EN1由主控制器给出，经等于EN时间的延时后，第一块扫描板向第二块扫描板级联输出EN2，如此将EN信号级联传输下去。这种数据方法是十分有效的，它不仅解决了数据的划分与截留问题，而且在扫描板上不必增加过多的控制信号。需要处理的只是EN信号的延时传输。其实EN信号通过对点时钟脉冲进行计数就可以直接得到的，延时时间和向下一级级联输出的EN信号，是分别两次对点时钟计数的结果。平时扫描板总保持其EN输出无效，一当本扫描板的输人端收到EN有效信号时，它就开始对点时钟脉冲进行计数，计数到相当于EN宽度的点时钟个数时(这时正是本扫描板应该结束截取数据，下一个扫描板需要开始截取数据的交点)，向级联输出的下一级送出ENn+ 1有效信号，同时开始再一次计数，当再计数到相当于EN宽度的点时钟数时，使ENn+1变为无效。

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 存储器

存储器是扫描板的核心，在视频数据与LED显示数据之间，存储器是一个缓冲区。扫描板上的存储器正如图像处理系统中的帧存储器一样，可以采用两帧方式，即在一帧读的同时另一帧写，两帧交替读写保证输人输出双方时间的连续性。单存储器方案和双存储器方案示于图4.2.4中。不过对于LED显示屏的扫描板的实际情况来说，采用单帧存的方案同样是可行的。因为双帧存的目的是为了避免读写操作的冲突，这在整帧读，整帧写的情况下是唯一选择。在扫描板上读写的只是一帧中的H行，所以采用单帧存的方案是有可能的。从LED显示一侧讲，应该尽量占满全部可以利用的时间，以便提高亮度。而从视频信号源一侧来看，H行信号只占一帧信号的一部分，甚至是一小部分。例如在640 X 480分辨率，1/16扫描方式情况下，16行只占480行的1/30。这样在采用单帧存时，可以安排1/30的时间写人，而用29/30的时间读出。由于读出的时间就是LED的显示时间，读出时间的减少就会影响LED的显示。一方面显示时间少了亮度就会降低，另一方面显示时间少了显示输出的列时钟频率就要增加。不过 1/30的数量是不会造成太大的影响的。仍然采取刚才的参数，视频信号源的帧频率为60Hz，帧周期即为16.666ms，行频率为31.5kHz，行周期为31746ns； LED显示帧频率为120Hz。对于视频信号源来说16行的时间为：16X31746=507 936ns。也就是在16 666 666ns的时间内，有507 936n：必须用于存储器的写操作，留下16 158 730ns可以作为存储器读操作之用。由于LED显示帧频比视频信号源帧频高一倍，所以在这16 158 730ns中要分两帧向LED显示控制单元输出数据。再考虑LED显示侧一帧扫描16行，一行640点，这样算到每一点的时间，即显示输出点时钟周期Lc=16 158730/(16 X 640 X 2) = 789ns。当然，上述计算的前提是每点三色每色8 bit的数据是并行传输的，如果是串行的或者是串并行组合的，点时钟的频率自当增加。例如三色并行，每色8 bi串行(相当于视频屏时间分析中的工况②)，则Lc =789/8=98.625ns。与原来未考虑单存储器读写冲突时的计算结果101.7ns相比，只缩短了约3ns(正是1/30)。

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