LED显示屏多扫描线数据组织的通用方法

摘要： 为了克服目前数据组织方式不能适应电路连接形式变化的不足，在现有LED显示屏单元板电路的基础上，提出了一种通用的多扫描线数据组织方法.该方法以输出数据在存储器中连续排列为组织原则，根据内部单元板74HC595连接形式，将常用单元板分为直通和绕行2种连接方式，并基于多扫描线和“数据场”实现了2种连接方式下的通用数据组织.最后，基于该方法开发了显示屏控制卡，并进行了实际硬件控制系统的实验，结果表明，该方法的数据输出速度达到4 Mbit/s，实现了控制系统至LED显示屏数据输出速度的最大化.

关键词： LED显示屏；数据组织；多扫描线；高速输出；通用方法

中图分类号： TP368.2文献标志码： A Universal Data Organization Method of LED Display Screen

LED显示屏不仅具有耗电少、亮度高、成本低、寿命长、故障少等特点，还具有视角大、可视距离远等优点[1]；此外，由于LED显示屏是一个具有扫描线数和扫描线长度均可变的多扫描线显示系统，故可根据现场需要的大小，使用各种规格的LED显示屏单元板进行拼接，即其具有拼接性[2]，从而得到了各行业用户的普遍青睐[3]，成为新一代的信息传播媒体工具.

随着LED显示屏显示面积及色彩多样性的增加，提高数据输出的速度成为其能否广泛应用的主要技术瓶颈[45].为了满足LED大屏幕、多色彩等显示系统对数据输出速度的要求，可通过采用高速率微处理器[67]、优化输出电路[89]和合理组织显示数据[1，1011]等措施得到改善.前两种方式通常会增加成本，而合理组织数据是在不增加成本的基础上，提高数据输出效率的重要方法之一.

目前已有的数据组织方式，必须根据LED显示屏单元板（以下简称单元板）内部电路结构连接形式的不同，分开进行数据组织[1，3].本文将现有常用单元板内部电路结构分为直通和绕行两种连接形式，提出一种基于多扫描线显示系统的通用数据组织方法，实现了同时适用于直通和绕行单元板的通用数据组织方式.1单元板内部点阵与移位寄存器的关系图1为3种常用单元板内部串行移位寄存器连接方式.其中图1（a）为单元板74HC595（下简称595）与LED发光管点阵连接关系及简化电路，简化电路省略了芯片的EN、串行移位时钟SCK和锁存信号RCK，只保留串行移位寄存器的输入Si和输出So及LED点阵的简化表示[12].单元板内部使用的串行移位寄存器一般为74HC595 、MBI5026或其兼容芯片[13]，而MBI5026可以看成是由两片74HC595级联构成，只不过其具有恒流控制及输出高电平有效的特性.图1（b）～（d）为3种最为常见的单色单元板内部595连接形式[14]，而西南交通大学学报第48卷第2期靳桅等：LED显示屏多扫描线数据组织的通用方法这3种连接形式可描述95%以上市场所使用的单元板.当单元板为双色或三色（全彩）时，单元板在共用行驱动电路的基础上，增加1组或2组与图1（b）～（d）完全一致的、由595组成的串行移位寄存器组，分别用于显示红、绿、蓝显示数据.

595的连接方式：移位数据输入、输出不仅在水平方向连接（包括芯片内部），而且在垂直方向也有连接，这种连接方式称为绕行连接；移位数据输入、输出仅在水平方向连接，而垂直方向没有连接，这种连接方式称为直通连接[11].图1（b）和（c）为绕行连接方式，而图1（d）为直通连接方式.

图1（b）和（c）两种单元板主要应用于半户外屏.首先为了增加亮度采用1/4扫描，其次由于点间距大，受到PCB板物理尺寸的限制而采用将595绕行连接4次、2次的方式，从而达到减少驱动IC和降低成本的目的.图1（d）单元板由于主要用于室内，采用1/16扫描，595采用直通级联方式，在保证室内显示亮度的基础上进一步减少驱动IC和降低成本.该单元板可分为上半部和下半部两个完全相同的部分，为了减少单元板的数量，通常集成在1块PCB板上.图1所示单元板的3种连接方式也同时应用于双色或全彩屏，为了保证亮度有时采用1/2、1/4或1/8扫描.

分析图1（b）～（d）所示的3个单元板，可得到如下结论：（1） 以595为模型的8位串行移位寄存器是3个单元板共有的基本单元；（2） 图1（b）和（c）中，水平方向串行移位寄存器长度为8位，用RS=8表示，图1（d）中，水平方向串行移位寄存器长度为64位，用RS=64表示；（3） 从宏观上看可用水平串行移位寄存器组在水平（Bv）、垂直（Bh）方向的位置和连接方式来描述3个单元板的结构，一种是如图1（b）和（c）的绕行连接方式，另一种是如图1（d）的直通连接方式.若以Ui表示第i块单元板（i=0，1，…），则图1（b）中U0对应的8×4点阵电路位置可用Bv=0，Bh=0来描述；图1（c）中U3对应的8×4点阵电路用Bv=1，Bh=1来描述；图1（d）比较特别，由于595采用直通连接方式，U0，U1，…，U7构成了水平方向长度为64位的移位寄存器，这64位移位寄存器对应的64×16点阵电路位置用Bv=0，Bh=0来描述，是图1（b）和（c）两个单元板电路的特例；图1（e）是图1（b）～（d） 3个单元板的参数汇总和说明.2LED显示屏数据组织的通用方法本节将从静态显示、水平移动显示、垂直移动和任意区域显示分别介绍通用的数据组织方法.2.1静态显示图2（a）为图1（c）所示绕行连接方式1/4扫描16×8点P16单元板拼接后，以屏幕左上角为坐标原点时，串行移位寄存器与X、Y坐标之间的关系.其中，屏下半部分的X坐标加了下划线，Y坐标在图的左侧.而图2（b）可以看成是将图2（a）第0行拉开后，把8位串行移位寄存器直接构成一个长度为32位的串行移位寄存器.图2（c）是将显示数据按串行移位输出及行输出顺序连续排列后，与存储器地址的对应关系.

如果以Id表示显示数据存储地址，BV表示水平方向串行移位寄存器级数，用N表示扫描总的行数，用n（n=0，1，…，N-1）表示当前行，Lw为级联后的LED屏长，则Bh、Bv及Id和X、Y点的对应关系可表示如下：

4结束语本文在研究和分析现有各种LED显示屏单元板电路的基础上，将常用单元板的直通和绕行2种连接方式按多扫描线和RS场进行数据组织.该方法以输出显示数据在存储器中连续排列为数据组织原则，以达到对任何控制系统都可实现显示数据输出速率最大化的目的.该方法的创新之处在于，对现有基于常用单元板组成的LED显示屏提供了一种通用的数据组织方法，同时在保证输出数据连续排列的前提下，利用“数据场”尽量减少对存储器的占用.

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