基于FPGA的大屏幕LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本文用FPGA 設(shè)計(jì) LED顯示屏接收控制系統(tǒng)，著重研究系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步解決了 LED大屏幕數(shù)據(jù)的灰度控制、外擴(kuò)存儲(chǔ)器的性能要求及實(shí)現(xiàn)方式。用 QuartusII 軟件開發(fā)各個(gè)模塊, QuartusII 軟件提供的人性化的界面操作，很多模塊都可以在系統(tǒng)內(nèi)直接實(shí)現(xiàn), 方便實(shí)用。

LED屏早在60年代就已出現(xiàn)，但直到 90年代中期，才出現(xiàn)了全彩屏，該技術(shù)近年的價(jià)格已有了很大的降幅，分辨率也有了很大的改善。對(duì)于視頻來說，LED屏的低分辨率表現(xiàn)性能良好。平?？吹?LED屏的分辨率與電腦顯示器的分辨率是差不多的。LED 彩色顯示大屏是室外顯示大屏中用的最多的，是公認(rèn)的室外大型顯示屏中最值得發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，LED 屏以其高亮度、長使用壽命更勝一籌。與 LCD 相比，LED屏播放視頻時(shí)的響應(yīng)速度更快，亮度更高。與電子發(fā)射顯示器相比，LED制造更簡(jiǎn)單。與 OLED相比，LED技術(shù)更成熟?？傊琇ED 顯示以其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)占據(jù)了高分辨率視頻顯示市場(chǎng)。本文設(shè)計(jì)的基于FPGA的大屏幕LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)更快、存儲(chǔ)量更大。 一、接收卡控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

如圖 1所示，視頻數(shù)據(jù)通過 DVI 接口傳給 FPGA1，進(jìn)行分辨率的切換和顯示區(qū)域的選擇以及信號(hào)的反伽碼矯正，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給接收卡的 FPGA2，通過 FPGA2 進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩存，灰度控制以及行掃描和列驅(qū)動(dòng)功能。

接收卡接收的是 DVI 傳給 FPGA1，經(jīng) FPGA1 處理后的數(shù)據(jù)。在 FPGA2 內(nèi)部還要進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理，處理要達(dá)到的目標(biāo)：（1）數(shù)據(jù)能在 LED 屏幕上分區(qū)顯示；（2）256 灰度級(jí)屏幕大小：256*800。

（一）灰度實(shí)現(xiàn)方案的選擇

采用專用驅(qū)動(dòng)芯片 BHL2000來控制 LED顯示點(diǎn)陣，其內(nèi)部自動(dòng)有灰度控制電路。

BHL2000是一塊專門用于 LED 掃描和驅(qū)動(dòng)的高性能室外屏室內(nèi)屏通用的專用集成電路。BHL2000 芯片對(duì) LED 點(diǎn)陣的灰度采用占空比的調(diào)制方式并接受 8 位并行灰度脈寬寬度與灰度數(shù)據(jù)值成正比，圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量為 32*16*8 比特，數(shù)據(jù)輸入掃描與數(shù)據(jù)輸出掃描獨(dú)立，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

專用芯片與通用芯片相比有它獨(dú)特的特點(diǎn)，專用驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部有SRAM，輸出時(shí)恒流控制。LED 顯示效果更好，灰度實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,容易控制,為以后的擴(kuò)展使用打下良好的基礎(chǔ)。

（二）存儲(chǔ)器方案設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)方案有六種：（1）FIFO 實(shí)現(xiàn)；（2）雙口 RAM 實(shí)現(xiàn)；（3）SDRAM 實(shí)現(xiàn)（4）SRAM 實(shí)現(xiàn)；（5）FLASHROM 實(shí)現(xiàn)（6）FPGA 內(nèi)部開存儲(chǔ)器來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù) LED 顯示屏所要實(shí)現(xiàn)的 800*256分辨率的指標(biāo)，還有灰度級(jí)控制方式，選用 SRAM來實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)的緩存。因?yàn)槠淙萘看?，速度快，地址方便控制，可以進(jìn)行跳地址讀寫數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)分區(qū)取出。