CN100440304C - 一种用帧率控制方法实现液晶灰度的电路 - Google Patents

一种用帧率控制方法实现液晶灰度的电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用帧率控制方法实现液晶灰度的电路，包括脉冲产生单元、灰度调制单元、灰度数据读取控制单元、数据存储器、帧同步产生单元；所述脉冲产生单元用于产生周期性的脉冲波形，生成行同步信号；所述灰度数据读取控制单元用于进行地址选择，从所述数据存储器中读出灰度数据；所述数据存储器用于存储灰度数据；所述帧同步产生单元接收行同步信号，产生帧同步信号；所述灰度调制单元用于输入脉冲和灰度数据，实现各段灰度数据的脉冲合并后输出；其包括级联的多个选择器，每一级将脉冲波形作为数据的选择信号，所述选择器的输入信号为灰度数据以及上一级选择器的输出。本发明电路采用了比较简单的电路实现FRC的灰度调制。

Description

一种用帧率控制方法实现液晶灰度的电路
技术领域
本发明涉及一种液晶灰度调制单元，尤其涉及的是一种以帧频控制方式实现液晶显示的灰度调制的电路结构的改进。
背景技术
现有的液晶显示屏的发光机制是通过加在某个象素点上的电场不同来实现不同的亮度。现在的驱动芯片一般是采用动态驱动法，划分为行电极和列电极。一般以30Hz以上的帧频对行电极进行逐行扫描，对列电极同步施加亮或不亮的信号。
实现列电极上的电压选通或不选通是通过数字逻辑产生不同宽度的脉冲信号送给模拟驱动电路来完成的。当送出的脉冲宽度为0时，就不选通，当送出的脉冲宽度不为0时，就选通相应的时间长度，也就对应着不同的明暗等级，称为灰度。因此从数字电路设计角度看，关心的只是送给模拟驱动电路的脉冲宽度持续多长。脉冲宽度的最长持续电平，就是能够实现的最高灰度。
任何颜色都是由RGB(红绿蓝)三基色根据不同比例混合得到。如果R、G、B分别有X、Y、Z种可能值，则总共可以达到X*Y*Z种色彩，例如R、G、B各有64种灰度选择，则共有64*64*64＝262144种可能组合。由于R、G、B的实现电路一模一样，所以需要设计出一种电路，可以把64个灰度值以某种波形输出给模拟的驱动电路。
目前一般有两种灰度调制方法，PWM和FRC。
PWM，即脉宽调制(Pulse Width Modulation)，是在一次扫描时间内分成若干个时间片，如64级灰度，就分成64个时间片，如果显示5/64灰度，那么对该点只有5/64的时间内是有驱动电压的，最后的等效电压就只有全黑的5/64了。
FRC，即帧频控制(Frame Rate Control)，是每个时间片变成了一子帧，显示64级灰度，那么就要用64子帧。首先要区分子帧(subframe)的概念，帧频是指一秒种内扫描的全屏数据的次数，为了实现FRC，一帧被分成若干子帧。由于人眼的视觉效果，感觉出的亮度是所有子帧的累加，见图1所示的效果图，图中示出了多个点最终的合并灰度效果。
对于阶数比较高的灰度，一般采用PWM+FRC结合的方式，这是因为灰度越高，采用PWM需要的频率就越高，功耗也就越大。灰度数据的位宽决定了灰度级别，一般来说，jPWM+kFRC(j，k＝0，1，2...)可以实现的灰度是2(j+K)，j+k就是灰度数据的位宽。如果要实现64级灰度，(j+k)应该为6。
5PWM+1FRC是指分成两个子帧，每个子帧内有32个时间片，见图2所示。4PWM+2FRC是指分成四个子帧，每个子帧内有16个时间片，见图3所示。但从显示效果分析，如果只用FRC实现64级灰度，因为是分成了64个子帧，刷新频率很高，功耗增加，但显示效果最稳定，称这种调制模式为6FRC，见图4所示。
现有技术的FRC实现灰度调制的电路较为复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种用帧率控制方法实现液晶灰度的电路，为了实现FRC灰度调制模式，且其实现电路简单。
本发明的技术方案如下：
一种用帧率控制方法实现液晶灰度的电路，其中，包括脉冲产生单元、灰度调制单元、灰度数据读取控制单元、数据存储器、帧同步产生单元；
所述脉冲产生单元用于产生周期性的脉冲波形，作为灰度调制单元的输入，同时生成行同步信号；
所述灰度数据读取控制单元用于根据所述行同步信号，进行地址选择，从所述数据存储器中读出灰度数据作为所述灰度调制单元的输入；
所述数据存储器用于存储灰度数据，根据所述灰度数据读取控制单元输入的地址和读申请信号，输出灰度数据；
所述帧同步产生单元接收行同步信号，根据LCD面板的大小，产生帧同步信号；
所述灰度调制单元用于输入脉冲和灰度数据，实现各段灰度数据的脉冲合并后输出；其包括级联的多个选择器，每一级将脉冲波形作为数据的选择信号，所述选择器的输入信号为灰度数据以及上一级选择器的输出。
所述的电路，其中，所述灰度调制单元输出高或低电平的波形，并根据高低持续时间的不同来表示不同的灰度。
所述的电路，其中，所述脉冲产生单元包括一子帧计数器，其各位输出产生计数器复位控制信号，并联控制多个计数器，并控制其复位；所述计数器的时钟信号与对应的脉冲宽度产生器输入一对应的比较器，该比较器的输出作为一选择器的选择信号，用于对高或低电平进行选择后产生对应的脉冲波形。
本发明所提供的一种用帧率控制方法实现液晶灰度的电路，与现有技术相比，采用了比较简单的电路，实现了FRC的灰度调制。
附图说明
图1是现有技术的灰度调制在人眼的效果示意图；
图2是现有技术的5PWM+1FRC模式示意图；
图3是现有技术的4PWM+2FRC模式示意图；
图4是现有技术的6FRC模式示意图；
图5是本发明的液晶灰度实现电路原理图；
图6是本发明的帧同步信号与行同步信号的关系图；
图7是本发明的灰度调制单元的电路图；
图8为本发明的脉冲产生单元的电路图；
图9是本发明6FRC需要输入的脉冲激励波形和行同步信号波形示意图；
图10为本发明的行、列信号与LCD屏的对应关系图。
具体实施方式
下面结合附图，将对本发明技术方案的具体实施作进一步的详细描述：
本发明电路装置主要用于对电路面积、成本要求比较高的电子产品领域，主要用于液晶显示控制驱动芯片的灰度调制。本发明的用帧率控制方法实现液晶灰度的电路结构如图5所示，包括脉冲产生单元、灰度调制单元、灰度数据读取控制单元、数据存储器、帧同步产生单元。
所述脉冲产生单元用于产生周期性的脉冲波形，作为灰度调制单元的输入，同时生成行同步信号。所述灰度数据读取控制单元根据所述行同步信号，进行地址选择，从所述数据存储器中读出灰度数据作为灰度调制单元的输入。所述数据存储器用于存储灰度数据，根据所述灰度数据读取控制单元输入的地址和读申请信号，输出灰度数据。所述帧同步产生单元用于接收所述行同步信号，根据LCD面板的大小，产生帧同步信号。所述灰度调制单元用于输入脉冲和灰度数据，实现各段灰度数据的脉冲合并后输出，其输出的波形只有高和低两种电平，根据高低持续时间不同来表示不同的灰度。
所述行同步信号表示LCD面板上一行的数据已经显示完成，行计数器接收到该信号后就累加，如果累加的值达到LCD面板的总行数，则输出一个子帧同步信号。该信号是指示一个子帧的结束。所述脉冲产生单元接收到该子帧同步信号后，进行累加，并产生基准脉冲波形，如果累加的值达到64，则复位清零，如图6所示的。由于每个时钟都要进行行的跳转，所以行同步信号始终有效，地址(也就是行号)每个时钟都变化。所述行同步信号同时也是所述数据存储器的读申请信号。
本发明所述灰度调制单元如图7所示，级联多个选择器，P为特定生成的脉冲，作为数据的选择信号，输入信号为灰度数据Q以及上一级选择器的输出R，例如，P1为高时，选择Q1，为低时选择Q0。P2为高时选择Q2，为低时选择R1。依次类推，Pn为高时选择Qn，为低选择Rn-1。对于6FRC，n＝5。
本发明所述的脉冲产生单元的电路图，如图8所示的，由一子帧计数器输出的各位连接控制产生对应的计数器复位控制信号reset，用于对对应计数器进行复位；所述计数器与对应的脉冲宽度产生器输入一比较器，该比较器的输出作为一选择器的选择信号，用于对高/低电平进行选择产生对应的脉冲P。
该脉冲产生单元根据子帧计数器的位数变化进行周期性高低转化，子帧计数器输出有[n:0]。P1在cnt[1]为1且cnt[n:2]均为0时，持续两个时钟的高电平，计数器1的复位是通过子帧计数器的cnt[n:0]的逻辑关系产生的。P2在cnt[2]为1且cnt[n:3]均为0时，持续4个时钟的高电平，计数器2的复位是通过子帧计数器的cnt[n:1]的逻辑关系产生的。P3在cnt[3]为1且cnt[n:4]均为0时，持续8个时钟的高电平，计数器3的复位是通过子帧计数器的cnt[n:2]的逻辑关系产生的。依次类推，Pn在cnt[n]为1时，持续2n个时钟的高电平。计数器n的复位是通过子帧计数器的cnt[n]产生的。每个周期性脉冲作为灰度数据的选择信号，脉冲产生电路产生的脉冲如图9所示。
由于灰度是64级，0代表最低灰度，63代表最高灰度，因此时钟的周期数是63。在行信号有效后，P1的低电平时间只有1，高电平时间是2，随后又是低电平，这样才能保证63个时钟周期。所述计数器复位控制逻辑中要保证在适当的时间让计数器复位和什么时候开始计数。
本发明电路采用脉冲选通的方式，可以预先生成一组长度不同的脉宽P1、P2...，以P1、P2...为单位选通。
6FRC调制算法有64个子帧，用5个周期性的脉冲，根据子帧计数器的位数变化进行周期性高低转化，P1在cnt[1]为1且cnt[5:2]均为0时，持续两个时钟的高电平，P2在cnt[2]为1且cnt[5:3]均为0时，持续4个时钟的高电平，P3在cnt[3]为1且cnt[5:4]均为0时，持续8个时钟的高电平，P4在cnt[4]为1且cnt[5]为0时，持续16个时钟的高电平，P5在cnt[5]为1时，持续32个时钟的高电平如图9所示的。通过波形可以看到，在行同步信号有效的1个时钟后，P1持续两个时钟高的脉冲，其余保持低；P1只要一为低，则P2拉高，保持4个时钟的高电平后拉低；P2只要一为低，则P3拉高，保持8个时钟的高电平后拉低；P3只要一为低，则P4拉高，保持16个时钟的高电平后拉低；P4只要一为低，则P5拉高，保持32个时钟的高电平后拉低。
如图10所示的，如果LCD屏共有160行，则每过160个时钟，产生一个子帧同步信号，子帧计数器加1。子帧计数器最大到64，之后重新计数。由于一个时钟就是一个子帧，所以行同步信号必须始终保持有效，数据读取电路每个时钟都在申请数据，只不过地址一直在变化，每次申请的数据是属于不同行的。如42＝6’b101010，其数据在第63到第32子帧，第8到16子帧，第2到第3子帧，共42个子帧期间，在对应的行期间内为高电平，实现了42的灰度输出。
综上所述，本发明设计的液晶显示驱动电路，以比较简单的电路实现了FRC的灰度调制，有利于节省面积，降低成本。
应当理解的是，上述针对具体实施例的描述较为详细，并不能因此而理解为对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1、一种用帧率控制方法实现液晶灰度的电路，其特征在于，包括脉冲产生单元、灰度调制单元、灰度数据读取控制单元、数据存储器、帧同步产生单元；
所述脉冲产生单元用于产生周期性的脉冲波形，作为灰度调制单元的输入，同时生成行同步信号；
所述灰度数据读取控制单元用于根据所述行同步信号，进行地址选择，从所述数据存储器中读出灰度数据作为所述灰度调制单元的输入；
所述数据存储器用于存储灰度数据，根据所述灰度数据读取控制单元输入的地址和读申请信号，输出灰度数据；
所述帧同步产生单元接收行同步信号，根据LCD面板的大小，产生帧同步信号；
所述灰度调制单元用于输入脉冲和灰度数据，实现各段灰度数据的脉冲合并后输出；其包括级联的多个选择器，每一级将脉冲波形作为数据的选择信号，所述选择器的输入信号为灰度数据以及上一级选择器的输出。
2、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述灰度调制单元输出高或低电平的波形，并根据高低持续时间的不同来表示不同的灰度。
3、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述脉冲产生单元包括一子帧计数器，其各位输出产生计数器复位控制信号，并联控制多个计数器，并控制其复位；所述计数器的时钟信号与对应的脉冲宽度产生器输入一对应的比较器，该比较器的输出作为一选择器的选择信号，用于对高或低电平进行选择后产生对应的脉冲波形。
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