LED显示屏静态灰度显示研究与实现

发布时间：2017-03-27 23:11

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【摘要】：近年来,LED显示屏由于其亮度高、视角广、功耗低、寿命长、启动快、稳定、对环境要求低、不易产生视觉疲劳等特点,在证券金融业、交通运输业、广告传媒界、文化体育界等各种行业中得到了广泛的应用。随着LED显示屏行业的不断发展,LED显示屏成为人们获取各类信息的重要途径。与此同时,整个社会的信息量日益增多,需要通过LED显示屏呈现的内容也越来越丰富,精细化、高灰阶显示的需求越来越普遍。目前LED显示屏主流控制系统主要通过脉冲宽度调制来实现灰度显示,利用人眼的视觉惰性,周期性改变驱动LED模组的脉冲宽度,当这个周期足够短,显示屏整体的刷新频率达到60Hz以上,这时候人眼就无法感觉不到LED灯管在抖动,所以LED显示屏呈现的就是一副带有灰度的图像。当LED显示屏尺寸较大的时候,为了减少使用的LED驱动芯片数量,通常情况下会选择对LED显示屏进行行扫描显示,即在某一时刻每块LED模组仅仅有一行是处于工作状态,LED模组上所有行以极高的频率不断循环工作,所以可以称这种情况下的灰度显示为动态灰度显示。LED显示屏动态灰度显示的时候,我们通过LED显示屏看到的是一副静态图像,但是每个LED单元却以很高的频率在不停通断。一般而言人眼无法察觉到这种通断,但是当使用摄像机对显示屏拍摄视频时,可以观察到明显的画面闪烁,而且这种情况下无法对LED显示屏拍摄出很好的灰度照片。更为重要的是如此高频率的通断势必会对LED灯管的寿命造成很大的影响,从而使得LED显示屏的寿命大大减少。此外, LED模组上的控制芯片也必须一直工作来控制LED灯管的不断通断,这样模组上的各个芯片的寿命也必然会缩短。通过上述可以看出,LED显示屏动态灰度显示会带来各种不利的后果,对显示屏的寿命也产生了较大的影响。基于此本文使用TLC5929芯片对LED模组进行重新设计,使得在某一具体时刻,所有的LED都可以处于工作状态,此时我们可以称为LED显示屏的静态灰度显示,用来消除动态灰度显示所带来的负面影响。并且重新设计了整个LED显示屏灰度控制系统,使其可以驱动该新型LED模组,实现静态灰度显示。具体所做工作如下：1、通过查阅文献以及相关LED资料,了解国内外LED显示屏及其驱动系统的发展过程,当今LED显示屏的特点与应用场合,总结LED显示屏及其驱动系统的发展现状;2、介绍了LED显示屏实现灰度显示的两种方法,详细介绍当前主流控制系统所使用的脉冲宽度调制法的工作原理及其工作流程；3、设计了一种新型的LED模组,使其可以实现静态灰度显示,并介绍了新型的LED模组所使用驱动芯片等,同时具体介绍了其实现静态灰度显示的工作原理；4、对LED显示屏灰度控制系统进行重新设计,使其可以驱动新型LED模组,从而实现LED显示屏的静态灰度显示。具体介绍了新型控制系统的主要组成部分以及其软件与硬件结构；5、对比LED显示屏动态灰度显示分析静态灰度显示的利与弊,对其发展与应用做了展望。本文通过具体实验表明本文所设计的新型LED模组与控制系统可以实现LED显示屏的静态灰度显示。并且与动态灰度显示作对比,发现其有着更好的显示效果。
【关键词】：LED显示屏 静态灰度显示 控制系统
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN873
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 LED显示屏介绍10-11
• 1.1.1 LED技术概述10
• 1.1.2 LED的优点与缺点10
• 1.1.3 LED发展前景10-11
• 1.2 LED模组简介11-12
• 1.3 LED显示屏控制系统简介12-13
• 1.3.1 控制系统介绍12
• 1.3.2 灰度控制系统介绍12-13
• 1.4 本文工作13-14
• 第二章 灰度实现方法14-17
• 2.1 灰度实现两种方式14
• 2.2 脉冲宽度调制原理14-15
• 2.3 电流法原理15-17
• 第三章 新型LED模组设计17-22
• 3.1 LED特性17-18
• 3.2 新型LED模组18-22
• 3.2.1 原理图18-19
• 3.2.2 新型模组测试19-22
• 第四章 静态灰度控制系统设计22-32
• 4.1 平台简介22-23
• 4.1.1 飞思卡尔K60N512 ARM单片机22-23
• 4.1.2 Xilinx Spartan-6 FPGA23
• 4.2 主控卡23-26
• 4.2.1 主控卡硬件结构23-25
• 4.2.2 主控卡软件结构25-26
• 4.3 分扫卡26-28
• 4.3.1 分扫卡硬件结构26-27
• 4.3.2 分扫卡软件结构27-28
• 4.4 控制系统中的通信协议28-30
• 4.4.1 主控卡ARM与FPGA通信协议28-29
• 4.4.2 主控卡与分扫卡通信协议29-30
• 4.5 控制系统实际应用30-32
• 第五章 控制系统主要模块设计32-50
• 5.1 SPI Flash控制模块32-37
• 5.1.1 SPI Flash芯片简介32
• 5.1.2 SPI Flash操作简介32-35
• 5.1.3 SPI Flash控制模块设计35-37
• 5.2 SRAM乒乓读写模块37-41
• 5.2.1 SRAM简介37-38
• 5.2.2 SRAM乒乓读写模块设计38-39
• 5.2.3 SRAM乒乓模块测试39-41
• 5.3 网口控制模块41-42
• 5.3.1 网口控制芯片简介41
• 5.3.2 网口通讯模块41-42
• 5.4 显示驱动模块设计42-47
• 5.4.1 LED模组走线介绍42-45
• 5.4.2 显示驱动模块设计45-46
• 5.4.3 grayscale模块测试46-47
• 5.5 系统常用FPGA软核介绍47-50
• 5.5.1 DCM模块47-48
• 5.5.2 FIFO模块48-50
• 第六章 结论及展望50-52
• 6.1 结论50
• 6.2 静态灰度显示展望50-52
• 第七章 结束语52-53
• 参考文献53-56
• 致谢56-57
• 附录A57-61

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