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基于FPGA的LED显示屏控制方案

导读: LED大屏幕作为现代信息发布的重要媒体,正受到社会各界尤其是商业界和广告界的极大重视,被广泛应用于工业、交通、商业、广告、金融、体育比赛、模拟军事演习、电子景观等领域。随着科技的进步,全彩LED显示屏(RGB三基色)逐渐得到普及应用。

  LED(Light Emitting Diode)大屏幕作为现代信息发布的重要媒体,正受到社会各界尤其是商业界和广告界的极大重视,被广泛应用于工业、交通、商业、广告、金融、体育比赛、模拟军事演习、电子景观等领域。随着科技的进步,全彩LED显示屏(RGB三基色)逐渐得到普及应用。

  本方案采用Actel的FPGA实现对彩色LED屏的控制,对于系统的可靠性大大增强,而且低成本的单芯片大大减轻了系统的成本。

 

  1.概述

 

  (1)功能概述

  选择FPGA实现LED全彩屏的控制,主要考虑系统的性能需求,系统的升级需要以及系统的设计成本等因素。现代社会对信息显示效果的高要求,以及视频数据量的加大,对显示控制器提出了挑战,如图 1所示。本文实现的LED全彩屏主要实现了以下功能:

  ● 保证全彩LED显示屏显示颜色不失真;

  ● 能够实现256级灰度;

  ● 能正确显示文字、图片、动画等信息;

  ● 可以接收PC机输出的DVI数据流实时显示。

 

  

  图1 LED显示屏应用示例

 

  (2)系统框图

  控制器主要完成对LED扫描板的控制和显示,其中包括色度控制、灰度控制、数据重构以及存储形式、扫描方式的选择等方面。控制器的功能框图如图 2所示。

 

  

  图2 LED显示屏控制器功能框图

 

  2.各功能模块介绍

 

  控制器实现的主要难点在于其灰度的控制。利用人眼的视觉效应,我们知道,只要刷新频率足够高不产生LED器件闪烁的现象时,LED器件点亮的时间越长,显示的亮度就越强。为此我们将使用LED器件亮灭时间的占空比波形来控制灰度级别。下面我们分别介绍在8场扫描和19场扫描方式下的灰度控制。

  (1)8场扫描模块

  8场扫描方式是针对串行驱动LED显示屏而提出的。以最常见的8bit位宽的显示数据来说,我们分8次显示,第一次将8位数据的第0位显示在LED屏上,第2次将8位数据的第1位显示在LED显示屏上,这样重复操作,直至将8位数据全部显示在LED显示屏上。只要扫描的频率足够高,那么将8次显示的效果叠加,就可以得到一个完整数据的数据显示效果。我们把一个LED点阵屏所有的像素点对应的同一数据位点亮一遍称为一场,8位数据共需8场才能显示完,把这种方式称为“8场扫描”。

  “8场扫描”方式下,每一个数据位对应的点亮时间如所示。我们设扫描一行的时间为T。从表 1可以看出,这种方式的点亮的效率是比较低的。

 

  表1 数据对应点亮时间

  

 

  基于上述的8场扫描方式,如图3所示,我们将8场扫描每一场分别对应一个固定的占空比信号,用于控制LED器件的亮灭。从分析可知,8位数据的每一位权值:1,2,4,8,16,32,64,128,就是每一场对应的占空比因子,每一场占空比分别为:1/256,2/256,4/256,8/256,16/256,32/256,64/256,128/256。一个像素点的完整占空比值等于每一位0/1数据和对应的权值乘积之和,计算可知这个比值刚好是从00到FF,这就构成了256种灰度级别。

 

  

  图3 数据位灰度权值

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