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基于FPGA控制全彩大屏幕显示的设计

导读: 随着数字技术的飞速发展,各种数字显示屏也随即涌现出来有LED、LCD、DLP等,各种数字大屏幕的控制系统多种多样,有用ARM+FPGA脱机控制系统,也有用PC+DVI接口解码芯片+FPGA芯片联机控制系统,在这里我们讲述一种不仅可以用于控制全彩LED大屏幕的显示。

  随着数字技术的飞速发展,各种数字显示屏也随即涌现出来有LED、LCD、DLP等,各种数字大屏幕的控制系统多种多样,有用ARM+FPGA脱机控制系统,也有用PC+DVI接口解码芯片+FPGA芯片联机控制系统,在这里我们讲述一种不仅可以用于控制全彩LED大屏幕的显示,而且还可以作为发送端输出高清图像数据。采用的联机控制系统对全彩LED大屏幕进行控制。即PC+DVI接口解码芯片+FPGA芯片+输出接口模式的联机控制系统。

 

  DVI接口概述

 

  DVI全称为Digital Visual Interface,它是基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling,最小化传输差分信号)电子协议作为基本电气连接。TMDS是一种微分信号机制,可以将像素数据编码,并通过串行连接传递。显卡产生的数字信号由发送器按照TMDS协议编码后通过TMDS通道发送给接收器,经过解码送给数字显示设备。

  目前的DVI接口分为两种,一个是DVI-D接口,只能接收数字信号,接口上只有3排8列共24个针脚,其中右上角的一个针脚为空,不兼容模拟信号。

  另外一种则是DVI-I接口,可同时兼容模拟和数字信号。兼容模拟幸好并不意味着模拟信号的D-Sub接口可以连接在DVI-I接口上,而是必须通过一个转换接头才能使用,一般采用这种接口的显卡都会带有相关的转换接头。

  本文叙述中用到的接口是DVI-D全数据接口。

 

  FPGA控制全彩LED大屏幕系统原理

 

  1 DVI解码芯片控制原理

  图3输入部分显示了FPGA芯片控制解码芯片控制原理图,所选的FPGA芯片是Xilinx公司的Spantan_3系列的 X3C1400A-5,该芯片可以实现对DDR_SDRAM最大时钟为200MHz的控制。在该系统中用到的DVI解码芯片是TI公司生产的芯片型号为 tfp401的解码芯片,该芯片通过接收由计算机DVI接口传输来的编码图像数据,输出到DVI解码芯片,该芯片将串行数据解码成24位的R(Red)、 G(Green)、B(Blue)三原色并行数据,以及行同步、场同步、数据使能和时钟信号,然后将解码后的RGB图像数据、行同步、场同步、数据使能和时钟控制信号送给FPGA芯片,将图像数据缓冲到FPGA芯片的FIFO中,在这里须注意,当采集图像的分辨率很大时,该数据传输的时钟信号最高可达到 165MHz,输出的并行图像数据为24位的数据,所以最大带宽可达到3.96GHz,在选取外部存储器是须考虑带宽的要求。

 

  

  图1 DVI-D接口

 

  DDC:Display Data Channel (显示数据通道)----指主机与显示设备的通讯方式。基于End-user的即插即用功能的需求,VESA定义了DDC标准。包含 DDC1/DDC2B/DDC2B+等方式。DDC2B是主机与显示设备准双向通信,基于I2C通信协议。只有主机向显示器发出需求信号,并得到显示器的响应后,才送出EDID资料。EDID:Extended Display Identification Data(外部显示设备标志数据)----指DDC通信中传输的显示设备数据。EDID包含显示设备的基本参数,如制造厂商、产品名称、最大行场频、可支持的分辨率等。图中的E2PROM是一个重要的存储器,存储由计算机传来的制造厂商、产品名称、最大行场频、可支持的分辨率等参数,只有该存储器工作起来后,DVI接口才可以正常工作,该存储器显示数据通道为DDC,在这里与DVI接口插上时,该处有个上拉电阻进行指示,计算机会自动将各种参数输入到该存储器,这样才可以从DVI接口输出以各种参数为标准的图像数据。

 

  

  图2 DVI-I接口

 

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