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CN112037710B - 一种多通道led驱动芯片通道分时打开pwm算法 - Google Patents

一种多通道led驱动芯片通道分时打开pwm算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法，属于LED显示领域。设定显示灰度数据二进制位数N，通道打开方式OPEN，N为正整数，OPEN为非负整数；将显示N位灰度数据所需的2N个时钟周期，打散成2L个子周期，每个子周期包括2H个时钟周期，N＝H+L，H＞L，H和L为正整数；根据通道打开方式OPEN和通道序号c，将H位高阶数据均匀分配到2L个子周期中；根据通道打开方式OPEN和通道序号c，将剩余的L位低阶数据均匀分配到2L个子周期中；根据芯片的扫描行数R和芯片的总通道数C，重复进行R×C次上述步骤，生成控制LED显示的PWM波形，R、C为正整数。本发明有效提高LED显示的刷新率，使显示效果更加流畅、色彩表现更加真实；同时解决多个通道同时打开带来的耦合问题。

Description

一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法
技术领域
本发明涉及LED显示技术领域，特别涉及一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法。
背景技术
LED又称发光二极管，具有高效节能、超长寿命、绿色环保、安全系数高等众多优点。因此，采用LED发光二极管作为像素点的LED显示屏逐渐成为室内外显示大屏的优秀解决方案。PWM调光通过调节数字信号的脉宽，改变输出电流，从而调节LED灯珠亮度，具有控制精确，显示效果好的优点，目前广泛应用于LED驱动芯片。
在使用传统PWM技术控制的多通道恒流LED驱动芯片中，各通道是同时打开的，通道开启瞬间电流非常大，因此会造成通道间的耦合问题，尤其是低灰通道显示易受高灰通道的影响，从而降低显示效果。
图1为SPWM(Scrambled-PWM，打散PWM)算法示意图。SPWM算法保持通道打开时间不变，即保持PWM波形占空比不变，将通道打开时间平均分配到整个显示周期中，可在保持灰度值不变的情况下，提升刷新率，可以显著提高显示效果，因此SPWM算法目前广泛应用于各种LED大屏显示驱动芯片。SPWM算法首先将N位灰度数据分为H位高阶部分和L位低阶部分，将整个显示周期所需的GCLK数平均分配到2L个子周期中，每个子周期包括2M个GCLK；再将灰度数据所表示的通道打开时间平均分配到每个子周期中。这样，在灰度数据大于子周期数时，每个子周期通道都会打开一次，因此大大提高了LED大屏的刷新率。
为了降低成本，便于LED灯板布线，现在市场上的LED大屏显示驱动芯片通常采用多通道设计，即一颗芯片可输出多路独立的PWM波形控制多个LED灯珠，市场上的主流规格包括8通道和16通道等。图2为一个8通道LED驱动芯片示意图，打散为16个子周期，每个子周期包含若干GCLK数。由图2可以发现，在每个子周期的开始，8个通道都是同时打开的，这样做的优点是算法实现简单，8个通道可以共用某些控制信号，如换行消隐信号，换帧信号等，简化了电路。但多个通道同时打开，瞬间电流过大，也造成了一些显示问题，如在高对比度条件下，低灰通道易受高灰通道影响，使色彩失真，影响了显示效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法，以解决多个通道同时打开带来的耦合的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法，包括：
步骤1、设定显示灰度数据二进制位数N，通道打开方式OPEN，N为正整数，OPEN为非负整数；
步骤2、将显示N位灰度数据所需的2N个时钟周期，打散成2L个子周期，每个子周期包括2H个时钟周期，N＝H+L，H＞L，H和L为正整数；
步骤3、根据通道打开方式OPEN和通道序号c，将H位高阶数据均匀分配到2L个子周期中；
步骤4、根据通道打开方式OPEN和通道序号c，将剩余的L位低阶数据均匀分配到2L个子周期中；
步骤5、根据芯片的扫描行数R和芯片的总通道数C，重复进行R×C次步骤1至步骤4，生成控制LED显示的PWM波形，R、C为正整数。
可选的，所述步骤1中，非负整数OPEN为通道打开方式选择信号，能够根据OPEN信号的不同取值，选择不同的通道分时打开方式。
可选的，所述步骤2中，在电路中使用计数器CNT1和CNT2，计数器CNT1用于计数每个子周期中的周期数，在时钟上升沿加1；计数器CNT2用于计数子周期数，在计数器CNT1累加到最大值时加1。
可选的，所述步骤3中，OPEN信号用于选择不同的通道打开方式，包括：
当OPEN取0时，各通道依次打开；各通道根据相应的通道序号c在各自的输出端串联c个D触发器，使各通道的PWM波形依次延迟一个GCLK；
当OPEN取1时，定义一个H位计数器CNT3，初始值为H’b1111…111，用于反向计数每个子周期内的时钟周期数，在时钟上升沿减1；
当OPEN取2时，使计数器CNT1从0计数到2H+M-1，M为芯片总通道数C的整数倍，通道序号c在计数器CNT1从
Figure BDA0002673712270000021
计数到
Figure BDA0002673712270000022
时生成PWM波，此时各通道依次打开，相邻通道打开时间的间隔为
Figure BDA0002673712270000023
可选的，当OPEN取1时，偶数通道根据所述的计数器CNT1由前向后打开，即当计数器CNT1计数值小于灰度数据的H位高阶部分时产生PWM脉冲用于打开PWM通道；奇数通道根据计数器CNT3由后向前打开，即当计数器CNT3计数值小于灰度数据的H位高阶部分时产生PWM脉冲用于打开PWM通道。
可选的，所述步骤4中，分配方式为：定义一个L位的信号CNT2_INV，将所述计数器CNT2的高低位翻转，即CNT2_INV[L-1:0]＝CNT2[0:1-L]；当信号CNT2_INV的值小于灰度数据的L位低阶部分时，在当前的子周期分配一个PWM脉冲；能够使PWM脉冲均匀分配，提升显示均匀性。
可选的，所述步骤5中的芯片为多行扫多通道LED驱动芯片，每颗芯片最多控制R×C颗LED灯珠。
可选的，所述多行扫多通道LED驱动芯片的各通道间相互独立，在每一行的一个子周期显示结束后，显示下一行的相同子周期，当所有行的相同子周期都显示完成后，回到第一行显示下一个子周期；当所有行的所有子周期全部显示完成，进行换帧操作。
可选的，所述步骤4、5中，根据通道打开方式OPEN和芯片总通道数C，确定打开各个通道的时间，以使各个通道分时打开，能够有效解决多个通道同时打开带来的耦合问题，提升高对比条件下及跨板时的显示效果。
在本发明提供的多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法中，设定显示灰度数据二进制位数N，通道打开方式OPEN，N为正整数，OPEN为非负整数；将显示N位灰度数据所需的2N个时钟周期，打散成2L个子周期，每个子周期包括2H个时钟周期，N＝H+L，H＞L，H和L为正整数；根据通道打开方式OPEN和通道序号c，将H位高阶数据均匀分配到2L个子周期中；根据通道打开方式OPEN和通道序号c，将剩余的L位低阶数据均匀分配到2L个子周期中；根据芯片的扫描行数R和芯片的总通道数C，重复进行R×C次上述步骤，生成控制LED显示的PWM波形，R、C为正整数。
本发明的有益效果在于：
(1)针对LED驱动芯片多个通道同时打开带来的通道间耦合问题，对传统PWM算法进行改进，有效地解决了上述问题，在高对比条件下，使显示效果更加流畅，色彩表现更加真实；
(2)本发明有效提升了跨板耦合的显示效果；
(3)本发明给出三种通道分时打开设计方法，在显示效果和芯片面积方面各有优点，可根据不同的设计要求灵活使用。
附图说明
图1是SPWM算法示意图；
图2是8通道LED驱动芯片示意图；
图3是本发明提供的多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法流程示意图；
图4是多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为0时)示意图；
图5是多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为1时)示意图；
图6是多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为2时)示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，本专利中，相同的符号含义相同，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法，其流程如图3所示，包括如下步骤：
步骤S31、设定显示灰度数据二进制位数N，通道打开方式OPEN，N为正整数，OPEN为非负整数；
步骤S32、将显示N位灰度数据所需的2N个时钟周期，打散成2L个子周期，每个子周期包括2H个时钟周期，N＝H+L，H＞L，H和L为正整数；
步骤S33、根据通道打开方式OPEN和通道序号c，将H位高阶数据均匀分配到2L个子周期中；
步骤S34、根据通道打开方式OPEN和通道序号c，将剩余的L位低阶数据均匀分配到2L个子周期中；
步骤S35、根据芯片的扫描行数R和芯片的总通道数C，重复进行R×C次步骤S31至步骤S34，生成控制LED显示的PWM波形，R、C为正整数。
图4为本发明提供的一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为0时)示意图。通道0到7显示的灰度数据与图2中相同，即各通道的PWM波形与图2中对应的通道相同。区别在于按通道0到通道7的顺序依次打开各个通道。具体实施方法是：(1)按照图2所示的传统SPWM算法生成各通道的PWM波形；(2)通道1的输出信号连接到一个D触发器，该触发器在GCLK的上升沿触发，即通道1输出信号相较原信号延迟一个GCLK周期；(3)通道2的输出信号后串联两个D触发器，都在GCLK的上升沿触发，即通道2的输出信号较原信号延迟两个GCLK周期。同理，通道3到7的输出信号后分别串联3到7个D触发器，使信号相较原信号分别延迟3到7个GCLK周期。各通道打开时间依次相差一个GCLK周期，避免了多个通道同时打开。该方法的优点是电路简单，对原SPWM算法的改动小，仅需在各通道的输出信号后增加D触发器，易实施。
图5为本发明提供一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为1时)示意图。通道0到7显示的灰度数据与图2中相同，即各通道的PWM波形与图2中对应的通道相同。区别在于，通道0、2、4、6输出的PWM波形与图4中通道0、2、4、6输出的PWM波形一致；通道1、3、5、7输出的PWM波形与图2中通道1、3、5、7输出的PWM波形关于图5中的虚线成轴对称。可以看出，图2中第一个子周期时8个通道同时打开；而在图5中第一个子周期时只有0、2、4、6，4个通道同时打开，较图2减少一半。可以观察到，这种通道打开方式将原来同时打开的通道分散到了其他的子周期，使同时打开的通道数减少。具体的实施方法是：(1)定义两个H位计数器CNT1和CNT2，用于计数一个子周期内的GCLK数；(2)计数器CNT1正向计数，初始值为H’b0，在GCLK上升沿加1；计数器CNT3反向计数，初始值为H’b1111…111，在GCLK上升沿减1；(3)偶数通道根据计数器CNT1生成PWM波形，即从前向后打开；奇数通道根据计数器CNT3生成PWM波形，即从后向前打开。该方法一定程度上减少了同时打开的通道数，适用于对芯片面积要求较高的设计，仅需增加一个反向计数器，不改变除PWM生成模块外的时序，电路其他部分无需做改动，芯片中根据原算法产生的PWM相关的控制信号可继续使用，大大简化了既有设计的优化流程，降低了额外的面积成本。
图6为本发明提供的一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为2时)示意图。通道0到7显示的灰度数据与图2中相同，即各通道的PWM波形与图2中对应的通道相同。区别在于通道0到7依次打开，相邻通道打开时间间隔2个GCLK。实际应用中相邻通道打开时间间隔可以调节。具体的实施方式是：(1)定义一个计数器CNT1，从0计数到2H+M-1，M为芯片总通道数C的整数倍；(2)通道c在计数器CNT1从
Figure BDA0002673712270000051
计数到
Figure BDA0002673712270000052
时生成PWM波，此时各通道依次打开，相邻通道打开时间的间隔为
Figure BDA0002673712270000053
通过改变M的值可以调节通道打开间隔，实际应用中可根据显示效果灵活设置。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (6)

1.一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法，其特征在于，包括：
步骤1、设定显示灰度数据二进制位数N，通道打开方式OPEN，N为正整数，OPEN为非负整数；
步骤2、将显示N位灰度数据所需的2N个时钟周期，打散成2L个子周期，每个子周期包括2H个时钟周期，N＝H+L，H＞L，H和L为正整数；
步骤3、根据通道打开方式OPEN和通道序号c，将H位高阶数据均匀分配到2L个子周期中；
步骤4、根据通道打开方式OPEN和通道序号c，将剩余的L位低阶数据均匀分配到2L个子周期中；
步骤5、根据芯片的扫描行数R和芯片的总通道数C，重复进行R×C次步骤1至步骤4，生成控制LED显示的PWM波形，R、C为正整数；
所述步骤1中，非负整数OPEN为通道打开方式选择信号，能够根据OPEN信号的不同取值，选择不同的通道分时打开方式；
所述步骤2中，在电路中使用计数器CNT1和CNT2，计数器CNT1用于计数每个子周期中的周期数，在时钟上升沿加1；计数器CNT2用于计数子周期数，在计数器CNT1累加到最大值时加1；
所述步骤3中，OPEN信号用于选择不同的通道打开方式，包括：
当OPEN取0时，各通道依次打开；各通道根据相应的通道序号c在各自的输出端串联c个D触发器，使各通道的PWM波形依次延迟一个GCLK；
当OPEN取1时，定义一个H位计数器CNT3，初始值为H’b1111…111，用于反向计数每个子周期内的时钟周期数，在时钟上升沿减1；
当OPEN取2时，使计数器CNT1从0计数到2H+M-1，M为芯片总通道数C的整数倍，通道序号c在计数器CNT1从
Figure FDA0003181556120000011
计数到
Figure FDA0003181556120000012
时生成PWM波，此时各通道依次打开，相邻通道打开时间的间隔为
Figure FDA0003181556120000013
2.如权利要求1所述的多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法，其特征在于，当OPEN取1时，偶数通道根据所述的计数器CNT1由前向后打开，即当计数器CNT1计数值小于灰度数据的H位高阶部分时产生PWM脉冲用于打开PWM通道；奇数通道根据计数器CNT3由后向前打开，即当计数器CNT3计数值小于灰度数据的H位高阶部分时产生PWM脉冲用于打开PWM通道。
3.如权利要求2所述的多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法，其特征在于，所述步骤4中，分配方式为：定义一个L位的信号CNT2_INV，将所述计数器CNT2的高低位翻转，即CNT2_INV[L-1:0]＝CNT2[0:1-L]；当信号CNT2_INV的值小于灰度数据的L位低阶部分时，在当前的子周期分配一个PWM脉冲；能够使PWM脉冲均匀分配，提升显示均匀性。
4.如权利要求3所述的多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法，其特征在于，所述步骤5中的芯片为多行扫多通道LED驱动芯片，每颗芯片最多控制R×C颗LED灯珠。
5.如权利要求4所述的多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法，其特征在于，所述多行扫多通道LED驱动芯片的各通道间相互独立，在每一行的一个子周期显示结束后，显示下一行的相同子周期，当所有行的相同子周期都显示完成后，回到第一行显示下一个子周期；当所有行的所有子周期全部显示完成，进行换帧操作。
6.如权利要求5所述的多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法，其特征在于，所述步骤4、5中，根据通道打开方式OPEN和芯片总通道数C，确定打开各个通道的时间，以使各个通道分时打开，能够有效解决多个通道同时打开带来的耦合问题，提升高对比条件下及跨板时的显示效果。
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