CN111417233B - 一种消除led显示低灰抖动的灯具和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种消除LED显示低灰抖动的灯具和方法，LED灯具单元包括电源模块、解码模块和显示模块，解码模块接收控制器端发送的数据并生成PWM控制信号，PWM控制信号输出占空比，占空比在前一帧数据和当前数据这两个PWM输出之间来回切换，以平滑两级灰阶之间的过渡，消除了LED显示低灰抖动的问题，解决方案在LED灯具上实施，控制器不需要做特殊处理，可以兼容通用控制器，在不增加成本的前提下解决了大功率LED低灰渐变时的抖动问题，解决了常用数据帧插帧办法带来的拖影问题，改善显示质量，提高了可靠性。

Description

一种消除LED显示低灰抖动的灯具和方法

技术领域

本发明涉及LED照明显示技术领域，更具体地说是指一种消除LED显示低灰抖动的灯具和方法。

背景技术

现有LED因其使用寿命长，节能环保和色彩纯厚等优点在舞台灯光，城市景观亮化等领域获得了广泛应用。其中舞台灯、景观亮化领域的投光灯都需要采用大功率LED，以实现灯具高亮度的要求。灯的亮度提高了，相邻两个灰阶的亮度差异也相应变大。特别是在低灰段，即使是伽玛校正65536级灰阶灯具本身的亮度小，相同的亮度变化更容易被人眼捕捉到，这就导致在低灰段灯具渐变显示时，人眼会感觉到灯光有轻微抖动的感觉，影响显示效果。

目前解决的方式有以下两种：

1、在控制器端处理，通过在两个显示数据帧之间插入更多的数据帧来实现两个灰阶变化的平滑过渡，但这会带来新的问题，由于数据帧的插入导致显示端不能实时响应数据的变化，产生拖影现象，如图4所示为通用的数据帧更新PWM的输出方式的示意图；

2、在灯具端做处理，选用专用16位灰阶解码芯片或高性能单片机，以实现在两级灰阶之间插入更多的灰度阶梯。但这会导致控制器发送数据翻倍，在帧频的限制下，会导致带载数减少。

另外16位解码芯片或者能够实现16位PWM输出的单片机价格昂贵，这就导致产品成本上升缺乏市场竞争力。同时难以解决显示抖动和拖影难题。

因此，有必要开发出一种消除LED显示低灰抖动的灯具和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在LED灯具端实施解决LED在低灰段抖动的灯具和方法，不增加灯具成本，同时不带来拖影问题的条件下，消除LED低灰段显示抖动问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种消除LED显示低灰抖动的灯具和方法，包括LED灯具单元，所述LED灯具单元由电源模块、解码模块和显示模块，所述电源模块用于给所述解码模块和所述显示模块供电，所述解码模块包括有解码芯片U1、电容C1和电阻R1、R2、R3，所述解码芯片U1包括数据帧间隔测量单元、数据帧解码单元、PWM刷新频率配置单元、PWM占空比配置单元和PWM输出切换单元，所述解码模块接收控制器端发送的数据并生成PWM控制信号，所述PWM控制信号输出占空比，所述占空比在前一帧数据和当前数据这两个PWM输出之间来回切换，以平滑两级灰阶之间的过渡；

所述消除LED显示低灰抖动的方法如下：

a.将所述LED灯具单元通电，所述电源模块、解码模块和显示模块电连接在一起；

b.所述解码芯片U1组成AB差分数据端口，通过电阻R2，R3与控制器数据总线相连；

c.所述控制器端通过数据线发送显示数据至所述解码芯片U1的数据端口，所述数据帧解码单元将显示数据转换为PWM占空比数据发送给所述PWM占空比配置单元；

d.所述解码模块收到控制器发送的显示数据的灰阶变化时，生成所述PWM输出；

e.所述解码芯片U1的显示驱动端口OUT多个，并分别输出PWM波形用于控制所述显示模块；

f.同时所述数据帧间隔检测单元将测量的数据帧间隔时间反馈给所述PWM刷新频率配置单元，以保证在数据帧间隔时间内PWM能够输出足够的次数；

g.然后所述PWM刷新频率配置单元和所述PWM占空比配置单元将数据均反馈到所述PWM输出切换单元；

h.最后所述PWM输出切换单元根据数据帧间隔时间和PWM刷新频率分配两个数据帧PWM占空比的切换规律，以实现LED显示的平滑变化；

i.重复以上步骤a至h，直到消除LED显示低灰抖动。

进一步方案为，所述显示模块由LED灯珠组成，可直接连接所述解码模块的多个OUT输出端口。

进一步方案为，所述PWM控制信号用于控制显示模块按照控制器发送的显示数据要求以实现不同的显示效果。

进一步方案为，所述PWM输出在前一帧数据和当前数据之间切换，其切换时间小于或等于两个数据帧的间隔。

进一步方案为，所述PWM控制信号的输出逐步切换，通过PWM刷新频率配置模块保证在一个数据帧间隔内实施完毕，即整个处理过程在下一帧显示之前已经完成。

进一步方案为，所述解码芯片U1能增加驱动模块以驱动LED显示，驱动模块连接解码模块的OUT输出端口，受解码模块OUT端口输出的PWM波形控制。

进一步方案为，所述解码芯片U1的显示驱动端口为多个，并根据需要调整所述显示驱动端口连接显示模块的数量。

进一步方案为，所述电阻R1一端作为解码模块的电源输入端，另一端与电容C1一端共接于解码芯片U1的电源端口VDD，电容C1的另一端与解码芯片U1的GND共接于地。

进一步方案为，所述电阻R2一端与解码芯片数据输入端口DIN连接在一起，另一端作为解码模块的数据输入端口与控制器数据连接在一起。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明LED灯具单元包括电源模块、解码模块和显示模块，解码模块接收控制器端发送的数据并生成PWM控制信号，PWM控制信号输出占空比，占空比在前一帧数据和当前数据这两个PWM输出之间来回切换，以平滑两级灰阶之间的过渡，消除了LED显示低灰抖动的问题，能够降低大功率产品的成本，改善显示质量，提高了可靠性，主要有益效果如下：

1.在不增加成本的前提下解决了大功率LED低灰渐变时的抖动问题；

2.解决常用数据帧插帧办法带来的拖影问题；

3.解决方案在LED灯具上实施，控制器不需要做特殊处理，可以兼容通用控制器。

附图说明

图1为本发明具体实施例的LED灯具单元的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的解码模块和显示模块示意图；

图3为本发明具体实施例的解码芯片U1的示意图；

图4为通用的数据帧更新PWM的输出方式的示意图；

图5为本发明具体实施例的实现数据帧更新PWM的输出方式的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图5所示，本发明的具体实施例，一种消除LED显示低灰抖动的灯具和方法，包括LED灯具单元，LED灯具单元由电源模块、解码模块和显示模块，电源模块用于给解码模块和显示模块供电，解码模块包括有解码芯片U1、电容C1和电阻R1、R2、R3，解码芯片U1包括数据帧间隔测量单元、数据帧解码单元、PWM刷新频率配置单元、PWM占空比配置单元和PWM输出切换单元，解码模块接收控制器端发送的数据并生成PWM控制信号，PWM控制信号输出占空比，占空比在前一帧数据和当前数据这两个PWM输出之间来回切换，以平滑两级灰阶之间的过渡；

消除LED显示低灰抖动的灯具和方法消除LED显示低灰抖动的方法如下：

a.将LED灯具单元通电，电源模块、解码模块和显示模块电连接在一起；

b.解码芯片U1组成AB差分数据端口，通过电阻R2，R3与控制器数据总线相连；

c.控制器端通过数据线发送显示数据至解码芯片U1的数据端口，数据帧解码单元将显示数据转换为PWM占空比数据发送给PWM占空比配置单元；

d.解码模块收到控制器发送的显示数据的灰阶变化时，生成PWM输出；

e.解码芯片U1的显示驱动端口OUT多个，并分别输出PWM波形用于控制显示模块；

f.同时数据帧间隔检测单元将测量的数据帧间隔时间反馈给PWM刷新频率配置单元，以保证在数据帧间隔时间内PWM能够输出足够的次数；

g.然后PWM刷新频率配置单元和PWM占空比配置单元将数据均反馈到PWM输出切换单元；

h.最后PWM输出切换单元根据数据帧间隔时间和PWM刷新频率分配两个数据帧PWM占空比的切换规律，以实现LED显示的平滑变化；

i.重复以上步骤a至h，直到消除LED显示低灰抖动。

进一步地，显示模块由LED灯珠组成，可直接连接解码模块的多个OUT输出端口。

进一步地，PWM控制信号用于控制显示模块按照控制器发送的显示数据要求以实现不同的显示效果。

进一步地，PWM输出在前一帧数据和当前数据之间切换，其切换时间小于或等于两个数据帧的间隔。

进一步地，PWM控制信号的输出逐步切换，通过PWM刷新频率配置模块保证在一个数据帧间隔内实施完毕，即整个处理过程在下一帧显示之前已经完成。

进一步地，解码芯片U1能增加驱动模块以驱动LED显示，驱动模块连接解码模块的OUT输出端口，受解码模块OUT端口输出的PWM波形控制。

进一步地，解码芯片U1的显示驱动端口为多个，并根据需要调整显示驱动端口连接显示模块的数量。

进一步地，电阻R1一端作为解码模块的电源输入端，另一端与电容C1一端共接于解码芯片U1的电源端口VDD，电容C1的另一端与解码芯片U1的GND共接于地。

进一步地，电阻R2一端与解码芯片数据输入端口DIN连接在一起，另一端作为解码模块的数据输入端口与控制器数据连接在一起。

如图1所示，整个LED灯具单元由电源模块、解码模块和显示模块组成。电源模块用于给解码模块和显示模块供电，解码模块接收控制器端发送的数据并生成PWM控制信号，用于控制显示模块按照控制器发送的显示数据要求以实现不同的显示效果。解码模块收到控制器发送的显示数据的灰阶变化时，PWM输出不会按照通常方式直接按照新数据的占空比输出，而是会在前一帧数据和当前数据这两个PWM输出之间按照一定规律来回切换，以平滑两级灰阶之间的过渡。这就相当于在不增加显示数据字节位数的情况下实现了更多PWM灰阶等级的输出。同时，这个切换时间小于或等于两个数据帧的间隔，因此不会产生拖影现象。

如图2所示，LED灯具解码模块和显示模块包括：

解码芯片U1、电容C1，电阻R1，R2，R3，电阻R1一端作为解码模块的电源输入端，另一端与电容C1一端共接于解码芯片U1的电源端口VDD，电容C1的另一端与解码芯片U1的GND共接于地。电阻R2一端与解码芯片数据输入端口DIN连接在一起，另一端作为解码模块的数据输入端口与控制器数据连接在一起。如虚线框所示，解码芯片也可组成AB差分数据端口通过电阻R2，R3与控制器数据总线相连。解码芯片U1的显示驱动端口OUT1～3输出PWM波形用于控制显示模块，实际情况中驱动端口数量不受限制，根据需求而定。显示模块由LED灯珠组成，可直接连接解码模块的OUT输出端口。如虚线框所示，解码芯片U1也可以增加驱动模块以驱动LED显示，驱动模块连接解码模块的OUT输出端口，受解码模块OUT端口输出的PWM波形控制。

如图3所示，解码芯片U1包括：

数据帧间隔测量单元、数据帧解码单元、PWM刷新频率配置单元、PWM占空比配置单元、PWM输出切换单元。

控制端通过数据线发送显示数据至解码芯片U1数据端口，数据帧解码单元将显示数据转换为PWM占空比数据发送给PWM占空比配置单元。同时数据帧间隔检测单元将测量的数据帧间隔时间反馈给PWM刷新频率配置单元，以保证在数据帧间隔时间内PWM能够输出足够的次数。然后PWM刷新频率配置单元和PWM占空比配置单元将数据均反馈到PWM输出切换单元，最后PWM输出切换单元根据数据帧间隔时间和PWM刷新频率分配两个数据帧PWM占空比的切换规律，以实现LED显示的平滑变化。

如图4所示为通用的数据帧更新PWM的输出方式，当数据帧更新后，PWM输出由上一帧输出波形A立马更新为当前数据帧对应的输出B。

如图5所示为本发明实现数据帧更新PWM的输出方式，在整个数据帧间隔内，上一帧输出波形A的占比逐步减少并消失，当前数据帧对应的PWM输出波形B的占比逐渐增大到最后100％输出。

PWM输出逐步切换这一过程通过PWM刷新频率配置模块保证在一个数据帧间隔内实施完毕，即整个处理过程在下一帧显示之前已经完成，因此解决控制器插帧方式所带来的拖影问题。同时解码芯片所支持显示数据的字节位数并没有增加，但却相当于实现了更多PWM灰阶等级的输出，在不增加成本的条件下，解决了低灰段LED的显示抖动问题。

综上所述，本发明技术方案主要是以下几点：

1.解码芯片U1的PWM输出占空比采用逐步切换的控制方法；

2.PWM输出采用逐步切换方式的个数和时间可配置；

3.数据帧间隔检测、PWM刷新频率控制和PWM切换输出的整体控制方法。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明LED灯具单元包括电源模块、解码模块和显示模块，解码模块接收控制器端发送的数据并生成PWM控制信号，PWM控制信号输出占空比，占空比在前一帧数据和当前数据这两个PWM输出之间来回切换，以平滑两级灰阶之间的过渡，消除了LED显示低灰抖动的问题，能够降低大功率产品的成本，改善显示质量，提高了可靠性，主要有益效果如下：

1.在不增加成本的前提下解决了大功率LED低灰渐变时的抖动问题；

2.解决了常用数据帧插帧办法带来的拖影问题；

3.解决方案在LED灯具上实施，控制器不需要做特殊处理，可以兼容通用控制器。

以上所述仅为本专利优选实施方式，并非限制本专利范围，凡是利用说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均属于本专利保护范围。

Claims (9)

1.一种消除LED显示低灰抖动的方法，其特征在于，该方法应用于LED灯具单元，所述LED灯具单元由电源模块、解码模块和显示模块组成，所述电源模块用于给所述解码模块和所述显示模块供电，所述解码模块包括有解码芯片U1、电容C1和电阻R1、R2、R3，所述解码芯片U1包括数据帧间隔测量单元、数据帧解码单元、PWM刷新频率配置单元、PWM占空比配置单元和PWM输出切换单元，所述解码模块接收控制器端发送的数据并生成PWM控制信号，所述PWM控制信号输出占空比，所述占空比在前一帧数据和当前数据这两个PWM输出之间来回切换，以平滑两级灰阶之间的过渡；

所述消除LED显示低灰抖动的方法包括以下步骤：

a.将所述LED灯具单元通电，所述电源模块、解码模块和显示模块连接在一起；

b.所述解码芯片U1包括A、B两个差分数据端口，通过电阻R2，R3与控制器数据总线相连；

c.所述控制器端通过数据线发送显示数据至所述解码芯片U1的数据端口，所述数据帧解码单元将显示数据转换为PWM占空比数据发送给所述PWM占空比配置单元；

d.所述解码模块收到控制器发送的显示数据的灰阶变化时，生成所述PWM输出；

e.所述解码芯片U1的显示驱动端口OUT多个，并分别输出PWM波形用于控制所述显示模块；

f.同时所述数据帧间隔检测单元将测量的数据帧间隔时间反馈给所述PWM刷新频率配置单元，以保证在数据帧间隔时间内PWM能够输出足够的次数；

g.然后所述PWM刷新频率配置单元和所述PWM占空比配置单元将数据均反馈到所述PWM输出切换单元；

h.最后所述PWM输出切换单元根据数据帧间隔时间和PWM刷新频率分配两个数据帧PWM占空比的切换规律，以实现LED显示的平滑变化；

i.重复以上步骤a至h，直到消除LED显示低灰抖动。

2.如权利要求1所述的消除LED显示低灰抖动的方法，其特征在于：所述显示模块由LED灯珠组成，可直接连接所述解码模块的多个OUT输出端口。

3.如权利要求1所述的消除LED显示低灰抖动的方法，其特征在于：所述PWM控制信号用于控制显示模块按照控制器发送的显示数据要求以实现不同的显示效果。

4.如权利要求1所述的消除LED显示低灰抖动的方法，其特征在于：所述PWM输出在前一帧数据和当前数据之间切换，其切换时间小于或等于两个数据帧的间隔。

5.如权利要求1所述的消除LED显示低灰抖动的方法，其特征在于：所述PWM控制信号的输出逐步切换，通过所述PWM刷新频率配置模块保证在一个数据帧间隔内实施完毕，即整个处理过程在下一帧显示之前已经完成。

6.如权利要求1所述的消除LED显示低灰抖动的方法，其特征在于：所述解码芯片U1能增加驱动模块以驱动LED显示，驱动模块连接解码模块的OUT输出端口，受解码模块OUT端口输出的PWM波形控制。

7.如权利要求1所述的消除LED显示低灰抖动的方法，其特征在于：所述解码芯片U1的显示驱动端口为多个，并根据需要调整所述显示驱动端口连接显示模块的数量。

8.如权利要求1所述的消除LED显示低灰抖动的方法，其特征在于：所述电阻R1一端作为解码模块的电源输入端，另一端与电容C1一端共接于解码芯片U1的电源端口VDD，电容C1的另一端与解码芯片U1的GND共接于地。

9.如权利要求1所述的消除LED显示低灰抖动的方法，其特征在于：所述电阻R2一端与解码芯片数据输入端口DIN连接在一起，另一端作为解码模块的数据输入端口与控制器数据连接在一起。

Images