基于一种单线串接通信的LED显示系统设计

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，通信信号中包括的数据只需经过依次串接的各LED 单元板的LED通信电路，再由LED 通信电路的数据输出端控制本LED 单元板上的LED 驱动电路，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。
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