LED显示屏的相关技术关键指标解析Word文档格式.docx

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一般而言灰度越高，显示的色彩越丰富，画面也越细腻，更易表现丰富的细节。

灰度等级主要取决于系统的A/D转换位数。

当然系统的视频处理芯片、存储器以及传输系统都要提供相应位数的支持才行。

一般为无灰度、8级、16级、32级、64级、128级、256级等，LED显示屏的灰度等级越高，颜色越丰富，色彩越艳丽；

反之，显示颜色单一，变化简单。

目前国内LED显示屏主要采用8位处理系统，也即256（28）级灰度。

简单理解就是从黑到白共有256种亮度变化。

采用RGB三原色即可构成256×

256×

256=16777216种颜色。

即通常所说的16兆色。

国际品牌显示屏主要采用10位处理系统，即1024级灰度，RGB三原色可构成10.7亿色。

换帧频率refreshframefrequency

LED显示屏LED显示屏画面信息更新的频率。

一般为25Hz、30Hz、50Hz、60Hz等，换帧频率越高，变化的图像连续性越好。

刷新频率refreshfrequency

LED显示屏显示数据每秒钟被重复显示的次数。

常为60Hz、120Hz、240Hz等，刷新频率越高，图像显示越稳定。

3）光学指标

显示屏亮度luminanceofLEDscreen

LED显示屏在法线方向的平均亮度。

单位：

cd/m2。

在同等点密度下，LED显示屏的亮度取决于所采用的LED晶片的材质、封装形式和尺寸大小，晶片越大，亮度越高；

反之，亮度越低。

亮度与晶片大小成正比的图示。

在水平和垂直两个方向的亮度分别为LED显示屏法线方向亮度的一半时,该观察方向与LED显示屏法线的夹角分别称为水平视角和垂直视角，一般以±

表示左右和上下各多少度。

如果一块显示屏的水平视角为120度、垂直视角为45度，在此观看范围内能使所有观众享受到最佳的观看效果。

超出此范围，观众将可收看到低于正常亮度50%的视觉效果。

LED显示屏的视角越大，其受众群体越多，覆盖面积越广，反之越小。

LED晶片的封装方式决定LED显示屏的视角的大小，其中，表贴LED灯的视角较好，椭圆形LED单灯的水平视角较好。

视角与亮度成反比。

视角范围

显示屏寿命lifeofLEDscreen

LED是一种半导体器件，其寿命为10万小时。

LED显示屏的寿命取决于其所采用的LED灯的寿命和显示屏所用的电子元器件的寿命。

一般平均无故障时间不低于1万小时。

LED显示屏的灰度和亮度怎么区分？

LED显示屏灰度也就是所谓的色阶或灰阶，是指亮度的明暗程度。

LED显示屏灰度等级主要取决于系统的A/D转换位数。

国际品牌显示屏主要采用10位处理系统，即1024级灰度，RGB三原色可构成10.7亿色。

灰度虽然是决定色彩数的决定因素，但并不是说无限制越大越好。

因为首先人眼的分辨率是有限的，再者系统处理位数的提高会牵涉到系统视频处理、存储、传输、扫描等各个环节的变化，成本剧增，性价比反而下降。

一般来说民用或商用级产品可以采用8位系统，广播级产品可以采用10位系统。

灰度非线性变换

灰度非线性变换是指将灰度数据按照经验数据或某种算术非线性关系进行变换再提供给显示屏显示。

由于LED是线性器件，与传统显示器的非线性显示特性不同。

为了能够让LED显示效果能够符合传统数据源同时又不损失灰度等级，一般在LED显示系统后级会做灰度数据的非线性变换，变换后的数据位数会增加（保证不丢失灰度数据）。

现在国内一些控制系统供应商所谓的4096级灰度或16384级灰度或更高都是指经过非线性变换后灰度空间大小。

4096级是采用了8位源到12位空间的非线性变换技术，16384级则是采用8位到16位的非线性变换技术。

由8位源做非线性变换，转换后空间肯定比8位源大。

一般至少是10位。

如同灰度一样，这个参数也不是越大越好，一般12位就可以做足够的变换了。

像素失控率

像素失控率是指显示屏的最小成像单元（像素）工作不正常（失控）所占的比例。

而像素失控有两种模式：

一是盲点，也就是瞎点，在需要亮的时候它不亮，称之为瞎点；

二是常亮点，在需要不亮的时候它反而一直在亮着，称之为常亮点。

一般地，像素的组成有2R1G1B（2颗红灯、1颗绿灯和1颗蓝灯，下述同理）、1R1G1B、2R1G、3R6G等等，而失控一般不会是同一个像素里的红、绿、蓝灯同时全部失控，但只要其中一颗灯失控，我们即认为此像素失控。

为简单起见，我们按LED显示屏的各基色（即红、绿、蓝）分别进行失控像素的统计和计算，取其中的最大值作为显示屏的像素失控率。

失控的像素数占全屏像素总数之比，我们称之为“整屏像素失控率”。

另外，为避免失控像素集中于某一个区域，我们提出“区域像素失控率”，也就是在100×

100像素区域内，失控的像素数与区域像素总数（即10000）之比。

此指标对《LED显示屏通用规范》SJ/T11141-2003中“失控的像素是呈离散分布”要求进行了量化，方便直观。

目前国内的LED显示屏在出厂前均会进行老化（烤机），对失控像素的LED灯都会维修更换，“整屏像素失控率”控制在1/104之内、“区域像素失控率”控制在3/104之内是没问题的，甚至有的个别厂家的企业标准要求出厂前不允许出现失控像素，但这势必会增加生产厂家的制造维修成本和延长出货时间。

在不同的应用场合下，像素失控率的实际要求可以有较大的差别，一般来说，LED显示屏用于视频播放，指标要求控制在1/104之内是可以接受，也是可以达到的；

若用于简单的字符信息发布，指标要求控制在12/104之内是合理的。

亮度鉴别等级

亮度鉴别等级是指人眼能够分辨的图像从最黑到最白之间的亮度等级。

前面提到显示屏的灰度等级有的很高，可以达到256级甚至1024级。

但是由于人眼对亮度的敏感性有限，并不能完全识别这些灰度等级。

也就是说可能很多相邻等级的灰度人眼看上去是一样的。

而且眼睛分辨能力每人各不相同。

对于显示屏，人眼识别的等级自然是越多越好，因为显示的图像毕竟是给人看的。

人眼能分辨的亮度等级越多，意味着显示屏的色空间越大，显示丰富色彩的潜力也就越大。

亮度鉴别等级可以用专用的软件来测试，一般显示屏能够达20级以上就算是比较好的等级了。

LED点阵显示系统设计方案

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2011-03-18　浏览785 

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在车站、商场、学校等一些需要发布多变的实时信息或进行广告宣传的场所，黑板、纸张或是霓虹灯广告牌这些传统的媒介手段，不论是在显示效果还是可修改性上都已无法满足当前的需求。

而LED点阵显示屏具有耗电省、成本低、寿命长、占用空间小以及能够实时显示等特点，而且显示内容的信息量大，用户可随时任意自行编辑修改显示内容，因此，近年来已得到了广泛应用。

一、总体设计

　　系统采用了上位机——下位机的结构构建，上位机为PC机，通过串行通信接口与下位机显示系统进行通信[1]，以实现对显示内容的实时擦除、更新等操作；

下位机系统主要包括单片机控制电路和显示电路两部分，汉字显示采用16x16点阵模式，通过单片机的控制，实现字符从右往左滚动的动态显示效果。

基本框图如图1所示。

二、系统的硬件结构

2.1MCU的选择

　　MCU是整个下位机系统的核心部件，其性能和片内资源很大程度上决定了该系统工作的灵活性、先进性和稳定性。

基于此，本系统选用了STC公司生产的STC89C55RD+增强型51单片机。

　　STC89C55RD+单片机的指令系统、硬件结构以及片内资源与标准8052单片机完全兼容，采用DIP40封装形式；

支持的最高时钟频率为80M，能最大限度地提高MCU的运行速度；

片内包含大容量的20KBFLASH程序存储器和1KB的数据存储器，其内部可用DataFLASH达58个扇区共29KB；

具有在系统可编程（ISP）功能和在应用可编程（IAP）功能，可实现远程软件升级，无需编程器，从而大大缩短开发复杂度，同时可节省购买编程器的额外投入。

2.2串行通信

　　系统上位机和下位机通过串行通信接口进行联系。

STC89C55RD+单片机内部含有一个可编程的全双工串行通信接口，即RXD（P3.0）和TXD（P3.1），具有UART的全部功能，该接口电路能同时进行数据发送和接收。

一般情况下只要通过RXD、TXD和GND三根线就可以实现与上位机PC的串行通信，根据通信距离的远近，可以选择RS232或RS485通信方式，由于本系统中显示屏控制电路与上位机PC的距离较近，故选用了RS-232标准总线接口。

具体电路图如图2所示。

2.3驱动及扫描电路

　　LED点阵选用8x8模块，每4块排列成一个16x16的点阵，用于显示一个汉字。

点阵每一行的所有LED共阴极，每一列的所有LED共阳极。

　　因为单片机I/O口的驱动能力有限，所以每一行LED阴极通过一个三极管8550与电源相连，I/O口仅需要提供几个毫安的灌入电流即可控制其通断。

考虑到本系统可以同时显示六个汉字，故每一列LED的阳极都通过一个限流电阻和一个三极管8550与电源相连，当六个汉字的同一行汉字字模（即12个字节）通过锁存器74HC377并行送出后，由移位寄存器74HC595输出行选通信号，来点亮该行的LED，接着再送下一行数据，再选中下一行有效，直到16行全被扫描过一遍。

至此，一幅完整的文字信息就显现出来，然后按这种方式反复扫描，借助于程序的控制，即可实现信息从右至左的动态显示了。

具体电路图如图3所示。

　　该系统的软件主要实现的功能包括：

上位机信息（或命令）的发送和下位机点阵显示内容及方式的控制两部分。

单元板走线方式：

单元板3种走线方式：

静态灯板的走线方式：

**上述仅为部分走线方式。

对未知的单元板，维修前须要测量得知其走线方式，方便下步维修以提高工作效率。

单元板故障：

A．整板不亮

1、 

检查供电电源与信号线是否连接。

2、 

检查测试卡是否以识别接口，测试卡红灯闪动则没有识别，检查灯板是否与测试卡同电源地，或灯板接口有信号与地短路导致无法识别接口。

（智能测试卡）

3、 

检测74HC245有无虚焊短路，245上对应的使能（EN）信号输入输出脚是否虚焊或短路到其它线路。

注：

主要检查电源与使能（EN）信号。

B．在点斜扫描时，规律性的隔行不亮显示画面重叠

检查A、B、C、D信号输入口到245之间是否有断线或虚焊、短路。

检测245对应的A、B、C、D输出端与138之间是否断路或虚焊、短路。

检测A、B、C、D各信号之间是否短路或某信号与地短路。

主要检测ABCD行信号。

C．全亮时有一行或几行不亮

1、检测138到4953之间的线路是否断路或虚焊、短路。

D．在行扫描时，两行或几行（一般是2的倍数,有规律性的）同时点亮

检测A、B、C、D各信号之间是否短路。

检测4953输出端是否与其它输出端短路。

E．全亮时有单点或多点（无规律的）不亮

找到该模块对应的控制脚测量是否与本行短路。

更换模块或单灯。

F．全亮时有一列或几列不亮

在模块上找到控制该列的引脚，测是否与驱动IC（74HC595/TB62726...）输出端连接。

G．有单点或单列高亮，或整行高亮，并且不受控

检查该列是否与电源地短路。

检测该行是否与电源正极短路。

更换其驱动IC。

H．显示混乱，但输出到下一块板的信号正常

检测245对应的STB锁存输出端与驱动IC的锁存端是否连接或信号被短路到其它线路。

I．显示混乱，输出不正常

检测时钟CLK锁存STB信号是否短路。

检测245的时钟CLK是否有输入输出。

检测时钟信号是否短路到其它线路。

主要检测时钟与锁存信号。

J．显示缺色

检测245的该颜色的数据端是否有输入输出。

检测该颜色的数据信号是否短路到其它线路。

检测该颜色的驱动IC之间的级连数据口是否有断路或短路、虚焊。

可使用电压检测法较容易找到问题，检测数据口的电压与正常的是否不同，确定故障区域。

K．输出有问题

检测输出接口到信号输出IC的线路是否连接或短路。

检测输出口的时钟锁存信号是否正常。

检测最后一个驱动IC之间的级连输出数据口是否与输出接口的数据口连接或是否短路。

4、 

输出的信号是否有相互短路的或有短路到地的。

5、 

检查输出的排线是否良好。

整屏故障：

A.整屏不亮（黑屏）

1、检测供电电源是否通电。

2、检测通讯线是否接通，有无接错。

（同步屏）

3、同步屏检测发送卡和接收卡通讯绿灯有无闪烁。

4、电脑显示器是否保护，或者显示屏显示领域是黑色或纯蓝。

B.整块单元板不亮（黑屏）

1、连续几块板横方向不亮，检查正常单元板与异常单元板之间的排线连接是否接通；

或者芯片245是否正常，

2、连续几块板纵方向不亮，检查此列电源供电是否正常。

C.单元板上行不亮

1、查行脚与4953输出脚是否有通。

2、查138是否正常。

3、查4953是否发烫或者烧毁。

4、查4953是否有高电平。

5、查138与4953控制脚是否有通。

D.单元板不亮

1、查595是否正常。

2、查上下模块对应通脚是否接通。

3、查595输出脚到模块脚是否有通。

E.单元板缺色

1、查245 

R.G数据是否有输出。

2、查正常的595输出脚与异常的595输入脚是否有通。

电源线归电源线接，红+黑-，极性别接错。

信号归信号。

排线上的红线处插单元板的信号输入处，靠近A字母的那头，方向看箭头。

基于TLC5941的全彩LED大屏幕驱动设计

2011-03-18　浏览115 

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。

　　另外TLC5941还提供了GCLK管脚，输入一个时钟信号可以同步PWM的产生。

　　3、基于TLC5941的动态扫描驱动电路

　　本设计对象是640×

480的全彩显示系统，这里只介绍他的驱动部分，整个屏由4块子屏组成，每一块子屏管理640×

120象素大小的范围，都有单独的驱动电路，由于是室内屏，驱动设计采用动态1/8扫描驱动方式。

驱动电路的控制由可编程逻辑器件EPM1270（Altera）实现，为了提高帧频，串行数据采用15路并行输出的方法，每路对640×

8象素大小的范围进行刷新，图1中给出的是子屏驱动中单路的电路框图。

　　为了防止LED动态扫描过程中对寄存器的访问与外部总线在更新显示数据时访问寄存器之间产生冲突，这里也是采用了双缓存的结构，当LED扫描过程访问的是一片存储器，暴露在总线接口的就是另一片存储器，外部接口的特定的扫描控制寄存器操作时，引起两片寄存器的交换，同时显示内容也得以更新，存储器采用两片静态RAM--IDT71V424（512k×

8），EPM1270与存储器的接口低8位采用地址数据复用以节省EPM1270的I/O管脚。

　　存储器中前26k开始存储的是每点的色彩信息，每象素3个字节24位表示颜色，每个字节分别对应于一个象素的红绿蓝3个象素的彩色亮度值，后256k开始存放的是经过γ校正修正后的点校正数据。

　　整屏的亮度由EPM1270扩展的亮度寄存器控制，每个TLC5941写入时，EPM1270控制先从当前象素对应的存储器空间读出每个显示单元的色素值，再与亮度寄存器值运算后得到12位的每通道TLC5941的亮度值（控制每个象素的亮度和色彩），通过并/串转换后输出，同时保持Mode=0。

输出亮度后，从后256k的对应空间读取6位点校正数据，并/串转换后输出，同时保持Mode=1,这样完成了一个通道数据的输出，将一行对应所有的通道数据输出完毕后，暂停串行时钟，置Mode=0,在XLAT脚产生一个正脉冲，再置Mode=1,在XLAT脚产生正脉冲，分别将数据锁存入TLC5941内部对应的控制寄存器中，一行数据输出完毕。

　　4、结语

　　采用Verilog语言对EPM1270进行逻辑设计，综合后占用芯片资源的79%,利用上述设计构建的彩色大屏幕系统刷新频率达到60Hz,通过γ校正和点校正，全屏各象素点亮度均匀，层次感很强，达到了设计要求，这个基于TLC5941的全彩色大屏幕驱动方案联机屏和脱机屏都可以使用，实践证明具