1 引言

      近年來，隨著計算機技術、大規模集成電路和專用元器件的飛速發展，256級灰度的全彩色LED大顯示屏在國內發展迅速，但是目前其顯示效果并不理想：一方面，LED的發光效率受制造工藝的影響表現出固有的差異，而且這種差異還隨時間發生變化，這樣由大量LED組成的大屏幕" title="大屏幕">大屏幕顯示時會出現一些隨機的暗斑或亮斑，嚴重影響顯示要求，需要采用在線的點校正消除這種影響，另一方面，現有的全彩色大屏幕一般亮度等級不足，即便采用了非線性灰度控制技術，在低亮度等級上表現色彩的能力仍然較差，顯示的層次感不強，由亮度等級不足導致的另一個問題是進行γ校正不容易，從而使全彩色LED大顯示屏產生一定的顏色失真。

      TI公司的最新推出的TLC5941" title="TLC5941">TLC5941驅動芯片具有點校正和高亮度等級的特點，由他組成的大屏幕驅動方案一定程度上解決了上述問題，可以構成高性能的顯示系統。

2 TLC5941芯片介紹

      2.1 芯片特點

      TLC5941共有28個引腳，是一個16通道的LED恒流驅動器，能夠同時驅動16個LED，每通道最大驅動能力80mA，每個通道可以通過PWM方式根據內部亮度寄存器的值進行4096級亮度控制，內部每個通道亮度寄存器的長度是12位，另外，流動每個通道LED的驅動電路由內部6位的點校正寄存器的值進行64級控制，而且驅動電流的最大值可通過片外電阻設定。

      64級電流控制提供了LED點亮度校正的能力，4096級亮度調整則保證了即使在較低的亮度等級小，點陣中的每個點也有多達256級的灰度表示，從而紅綠藍全彩屏可有16M色的色彩表達能力，這兩點對于高質量的彩色大屏幕顯示是額外重要的。

      相對于傳統的彩色大屏幕顯示系統，設計中利用可編程邏輯芯片（或高速CPU）集中產生PWM進行亮度控制，采用TLC5941后，由于驅動芯片TLC5941完成了PWM亮度控制，可編程邏輯芯片（或高速CPU）只需要處理緩存管理、亮度和點校正數據的輸出，設計復雜度降低，而且由于PWM的亮度控制與數據串行移出無關，可以很方便地獲得較高的幀頻，取得很好的動態顯示效果。

      2.2 管腳功能

      TLC5941的所有內部數據寄存器，亮度寄存器，點校正寄存器和錯誤狀態信息都是通過串行接口存取的，最大串行時鐘效率為30MHz。

      TLC5941的串行接口方式類似于74HC595，接口部分由5根信號線組成。

      Mode(模式信號):Mode=0是亮度信號輸入模式，Mode=1點校正信號輸入模式。

      SCLK（串行時鐘），在每個SCLK的上升沿，當Mode=0輸入數據和輸出數據移入和移出內部192位（16通道×12）的亮度串行移位寄存器，當Mode=1輸入數據和輸出數據移入和移出內部96（16通道×6）位的點校正串行移位寄存器。

      SOUT:串行數據輸出。

      SIN:串行數據輸入。

      XLAT：數據鎖存，在XLAT的上升沿，如果Mode=0，亮度串行移位寄存器鎖存到亮度控制寄存器，隨機控制亮度PWM輸出，如果Mode=1，點校正串行移位寄存器鎖存到點校正控制寄存器，控制電流的輸出。

      為了保障彩色大屏幕的可靠運行，TLC5941提供了每一路LED開路和過溫檢測的能力，管腳XERR是集電極開路輸出，用于出錯時報警，16個通道中無論哪個通道有錯誤發生，XERR就會被拉到低電平，通過查詢芯片的內部狀態信息，就可以知道哪一路出現故障，系統中所有TLC5941的XERR管腳可以接到一起，通過上拉電阻接到高電平，通過監控這個信號，系統可以在運行過程中進行自我診斷。

           另外TLC5941還提供了GCLK管腳，輸入一個時鐘信號可以同步PWM的產生。
3 基于TLC5941的動態掃描驅動電路
     
本設計對象是640×480的全彩顯示系統，這里只介紹他的驅動部分，整個屏由4塊子屏組成，每一塊子屏管理640×120象素大小的范圍，都有單獨的驅動電路，由于是室內屏，驅動設計采用動態1/8掃描驅動方式。驅動電路的控制由可編程邏輯器件" title="可編程邏輯器件">可編程邏輯器件EPM1270（Altera）實現，為了提高幀頻，串行數據采用15路并行輸出的方法，每路對640×8象素大小的范圍進行刷新，圖1中給出的是子屏驅動中單路的電路框圖。

      這里使用TLC5941級聯組成LED點陣的列驅動，行驅動部分由74HC138和STM4953（PMOS管，4.5A）構成。
      EPM1270芯片負責管理顯示緩存，處理外部總線接口部分和維持LED點陣的動態掃描過程，EPM1270內部模塊結構如圖2所示。