基于单线串接通信的LED显示系统设计

　　摘要：该文介绍了一种基于单线串接通信的LED显示系统方案。该方案可以有效地解决传统LED通信系统信号传输苛刻的时序配合问题，提高整个LED显示系统的稳定性和控制灵活性，同时也比当前LED通信系统具有更高的效率，具有通信方式简单、生产成本低、应用支持方便等特点。

　　1 引言

　　目前国内外大多数大型LED 显示系统基本由LED 控制板和若干个依次串接的LED 单元板组成。

　　LED 控制板与LED 单元板构成的LED 显示系统的主体，如图1 所示。其中，LED 单元板包括了增强信号驱动能力的BUFFER 电路、产生动态显示扫描时序的译码电路、若干个开关管和若干个LED 驱动电路。其通信过程为：LED 控制板发出的通信信号依次经过各串接的LED 单元板的BUFFER 电路进行驱动增强;各LED 单元板中经BUFFER 电路增强后的扫描信号(SCANO)提供给本LED 单元板的译码电路，译码电路译码产生动态显示扫描时序控制开关管;各LED 单元板中经BUFFER 电路增强后的使能信号(ENO)、锁存信号(LATO)、时钟信号(CLKO)分别提供给本LED 单元板中所有LED 驱动电路。

　　

 

　　图1 常用的LED显示系统

　　当前的LED 显示系统因数据信号经过依次串接的各LED 单元板上所有的LED 驱动电路，显示刷新频率受限于LED 驱动电路的数量及LED 驱动电路的通信速度，LED 驱动电路大多采用成本控制较严格的高压、大电流、大尺寸工艺，一般通信速度不超过30 MHz，当显示分辨率较高时，为了保证显示所需的显示刷新频率，LED 控制板需发出多组通信信号，分别控制多组依次串接的LED 单元板，大部分应用场合下，往往需要几十组控制信号，造成生产成本较高，应用支持复杂，如图2 所示。

　　

 

　　图2 常用的大型LED显示系统

　　本文提出的新型LED 显示系统基于当今热点通信技术之一的单总线技术。它通过单条连接线解决了通信和供电的问题，具有结构简单、成本低廉、节省I/O 口资源、便于总线扩展和维护等优点。该LED 显示系统可以有效地解决上述问题。

　　2 系统架构及其通信方法

　　2. 1 系统架构

　　本文提出了一种通信速度高、在大部分应用场合下LED 控制板只需输出一组通信信号、生产成本低、应用支持方便的新型LED 显示系统。系统由一个LED 控制板和若干个依次串接的LED 单元板组成，LED 单元板的数量视LED 显示系统的规模而定。该系统基于单线通信协议，系统架构图如图3 所示。

　　

 

　　图3 LED显示系统架构

　　LED 单元板由一个LED 通信电路、若干个开关管和若干个LED 驱动电路组成。其中，LED 通信电路端口包括通信信号输入端、通信信号输出端、动态显示扫描时序输出端、控制信号输出端和数据输出端。

　　2. 2 通信方法

　　LED 控制板发出通信信号提供给第一个LED单元板上LED 通信电路的通信信号输入端，此后的各LED 单元板的LED 通信电路的通信信号输出端连接下一个LED 单元板的LED 通信电路的通信信号输入端，最后一个LED 单元板的LED 通信电路的通信信号输出端悬空或者返回到LED 控制板，组成了本文所述的LED 显示系统的通信系统。

　　基于图2 所示的LED 显示系统架构和以上所述的通信系统，其通信方法如下：

　　定义LED 通信电路包括通信信号输入端、通信信号输出端、动态显示扫描时序输出端(SCAN<7:0>)、控制信号输出端(En、Lat、Clk)、数据输出端(DATAOUT);定义通信信号包括通信信号输出指令、动态显示扫描时序解析指令、控制信号时序控制解析指令、数据;各LED 单元板上LED 通信电路根据接收到的通信信号，解析出通信信号输出并经通信信号输出端提供给下一个LED 单元板的LED 通信电路的通信信号输入端;各LED 单元板的LED 通信电路根据接收到的通信信号，解析出动态显示扫描时序并经动态显示扫描时序输出端(SCAN<7:0>)控制本LED 单元板的开关管;各LED 单元板的LED 通信电路根据接收到的通信信号，解析出控制信号时序并经控制信号输出端(En、Lat、Clk)控制本LED 单元板的LED 驱动电路;各LED 单元板的LED 通信电路根据接收到的通信信号，解析出数据，经数据输出端(DATAOUT)提供给本LED 单元板的第一驱动电路数据信号输入，本LED 单元板的各LED 驱动电路的数据信号输出连接下一个LED 驱动电路的数据信号输入，最后一个LED 单元板的LED 通信电路的通信信号输出端悬空或者返回到LED 控制板。

　　通信原理是系统将需要传输给各个LED 单元灯驱动电路的信号用一组串行的帧数据表示，接收这些信号的LED 单元灯驱动电路从输入帧数据中，根据通信模式和指令类型接收并处理接收到的数据，将处理后的数据构建成新的帧数据作为输出，根据通信模式和指令类型发送给后续地址有效的LED 驱动电路，完成一次通信。LED 通信电路根据接收到的通信信号进行解析的方法可采用《LED显示系统的单线串接通信方法》文中公开的方法。

　　3 结论

　　本文提出的LED 显示系统中，显示刷新频率仅仅受限于LED 单元板的数量及LED 通信电路的通信速度，从而使通信速度得到了数量级的提高，在大部分应用场合下LED 控制板只需输出一组通信信号，即可实现LED 显示系统的控制，该LED 显示系统具有生产成本低、应用支持方便等优点。