标签: LED屏

LED屏幕在现代信息化的社会里应用越来越广泛，而它的灵魂是其内部的控制器。传统的LED控制器绝大部分是基于单片机设计的，这种控制器在控制单色或双色点阵是足够的，但是使用它来控制多彩色的LED屏和高分辨率的LED屏，是非常困难的。为解决这一问题，本文提出了一种基于FPGA的LED点阵屏的控制器设计。 1 国内研究现状 如今，FPGA技术正处于高速发展时期，芯片的集成度越来越高，处理速度也越来越快，但成本却越来越低。低端的FPGA正在逐步的取代传统的数字元件，而高端的FPGA也在不断在与ASIC争夺市场份额。随着科技的进步和半导体制造工艺的不同改进，FPGA的集成度将不断提高，芯片的成本将不断降低，FPGA的应用前景将日趋光明。 传统的LED屏控制器的电路设计通常是基于单片机的，单片机作为其主控制器，控制协调LED屏的整个显示系统的显示，这种控制器在控制单色或双色点阵是绰绰有余的，但由于工作频率的原因，若是使用基于单片机的控制器来驱动高分辨率的LED屏或者是高灰度级的LED屏等，在这些对数据的处理速度要求很高场合下，单片机的处理速度是远远无法满足其要求。 若是使用FPGA设计LED屏控制器则可以很好的解决上面的问题。如今最快的单片机的处理速度最快也就300MHZ左右，而FPGA的处理速度最快这可以达到上GHZ，所以在上面那些对数据处理速度要求很高的场合下，FPGA能很轻松的胜任。此外，FPGA设计的控制器除了解决传统单片机在处理速度上的不足外，在传输上方面，它还可以通过网络来进行长距离数据传输，最远的传输距离可达100米；在控制显示方面，它可实现灰度级的显示。这使的该控制器在LED屏市场上有很大的优势以及实用性。 2 系统设计 基于FPGA的点阵LED显示屏控制器系统的设计要求是引入FPGA，实现LED屏自动扫描的功能，LED点阵显示屏使用高亮度LED发光管构成点阵，通过编程控制可以显示中文、英文字符、图形以及视频信息。 该系统主要包含PC主机、FPGA控制、显示驱动、LED显示屏等，如下图1所示。 图1 系统总体框图 由上图可知，系统主要以FPGA控制模块和LED点阵显示屏为硬件平台，利用PC主机将所要显示的字符、图形以及视频信息传输给FPGA控制器，FPGA控制器将这些信息进行转换后，再通过驱动模块把数据传输到LED屏显示。在本系统中，FPGA控制器是最核心的部分。PFGA控制器系统正常工作的配置需包括FPGA主芯片、存储器、程序下载接口、电源模块、复位电路以及时钟模块等，如下图2所示： 图2 PFGA控制器系统图 以上为保证FPGA控制器正常工作的最低配置要求，该系统还有很强的扩展功能，例如还可以给它扩展VGA视频接口进而来控制点阵屏来显示视频信息；还可以为其扩展网络接口，从而可以通过网络来传输要显示的信息，甚至还可以通过网络来对FPGA进行网络在线编程等等。 3 系统创新点 本系统主要实现控制字符、图像及视频信息在点阵屏上显示。在主处理器上，没有采用传统的单片机，而采用FPGA器件，主要有以下原因： 第一、在处理速度上FPGA比传统的单片机高很多。单片机是靠执行指令来完成各种功能的。由于单片机执行指令方式是排队式串行，所以不论工作时钟频率多高或是指令时序多好，它的工作速度都不可能很高。而FPGA输入引脚的电平和输出引脚的初始电平是可预先设定的，在开机的一瞬间就能达到预定好了的电平，状态很明确。各逻辑宏单元和逻辑块的输入信号也只需几纳秒到几十纳秒就能反映到输出端，信号传输效率非常高，适合在高速采样的场合中应用，如可以用以处理视频信号，使的LED屏显示视频信息等。 第二、可编程逻辑宏单元和逻辑块是封装在同一芯片内，它们之间的相互连线属于内部走线，受外界干扰的影响非常小，电磁兼容性（EMC）很好。 第三、FPGA的另一个最大的优点是：可现场编程。当设计的产品需要更新升级，而这升级过程中又涉及到内部逻辑关系的改变时，使用FPGA设计的控制器则不需要更改原有的电路，而只需用图形语言程序或硬件描述语言程序来改变电路，编译综合生产新的下载文件，下载到FPGA器件即可，非常方便，这大大缩短了产品的开发周期和成本。 4 结束语 近些年，FPGA的发展非常迅速，它的集成度越来越高，速度也越来越快，但价格却越来越低，这将使得FPGA芯片更平民化，本设计的成本也将随之降低。另外，在这个信息传媒时代，LED显示是个不可缺少的媒介，它的应用非常广泛。例如在各大城市里，我们经常会看到很多高楼外墙上的巨大的视频广告显示屏；春晚舞台后面的巨大显示屏以及很多街道上的店面门前的滚动显示促销活动的广告显示屏等等，这些都是用LED点阵制作的。随着信息技术的不断发展，LED大屏显示器的成本将越来越低，随着LED显示器的推广使用，LED大屏显示控制器很有应用前景。

  主处理器采用MDIN380，该系统支持VGA、DVI、Svideo，CVBS信号输入，VGA，DVI输出。可任意缩放比列。 特别适合宽高比不固定的LED屏显示。 主要特性： 1）支持DVI 1.0 2）支持720p/1080i/1080p分量高清格式 3）UXGA速率(最高达1600 × 1200、60 Hz)   下图是布局图（点击可放大显示）    

  接上：　 LED屏幕设计及发展趋势（连载一） 基本设计原理   文字显示屏，只要内容显示清楚，有足够的的亮度，基本上都会满足客户需要了。但是对于图像显示屏的显示质量进行评价，问题就复杂得多。一般是主观方式来评价显示屏图像显示质量。所谓主观方式评价，就是人为的方式评判，通过观察图像显示质量做出评判。这样。评价结果不仅与图像本身显示质量有关，而且与观察者的主观因素也有关系，很难说是公正和确切性的标准。尽管如此目前还是没有很好的办法，在没有客观的测量方式出现之前，主观方式仍然是最有效、实用的方法。   最大显示色彩数 显示器的每个像素的颜色都是由RGB（红、绿、蓝）三种基色组成。低端的液晶显示板，各个基色只能表现6位色，即2 6 =64种颜色。通过简单的计算， 我们可以知道每个独立像素可以表现的最大颜色数是64 × 64 × 64=262144种 颜色；高端液晶显示板利用FRC技术则使得每个基色则可以表现 8位色，即 2 8 =256种颜色,则像素能表现的最大颜色数为256 × 256 × 256=16777216种颜 色。这种显示板显示的画面色彩更丰富，层次感也好。目前市面上的液晶显示器此两种显示板都有采用，大家可以留心一下。   实际使用中，光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用。对于LED显示屏这种主动发光体一般采用CD／平方米作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效于屏体表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。一般室外LED显示屏须达到4000CD／平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。普通室内LED，最大亮度在700～2000 CD／平方米左右。 单个LED的发光强度以CD为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。单管的发光强度从几个mCD到五千mCD不等。LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。 当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30％～90％不等，作为单管平均发光强度。 一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100,000小时以上 ，这是在设定的最佳的条件下， 实际还应注意LED的亮度衰减周期，亮度衰减周期与LED生产的材料工艺及生产厂商有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的品牌。   屏幕多采用直插型椭圆形 LED，国内的封装技术大多可以满足屏幕设计需要。 口碑比较好的 LED有Cree或用士兰明芯、厦门三安等国内LED发光芯片封装。   时序   CYT62726内部是16位移位寄存器，多颗CYT62726串行数据移位，每个时钟周期CLK移送1位数据SDI， 串行数据输入驱动器开/关控制 。 施密特缓冲输入。当 其中 数据“1”被写入到 SDI 的开关控制移位寄存器 / 时CLK的上升沿。   CLK   串行数据移位时钟 。 施密特缓冲输入。所有的数据/关控制的转变 移位 是由1位的最高位同步的CLK的上升沿，单 路 数据 移位 到 SD 在同一时间。 CLK的上升沿输入获准后， 持续 100ns的上升沿。   LE   边沿触发锁存器。施密特缓冲输入。 当前对应移位寄存器中数据 ，在此上升沿 数据被 锁存。   OE  所有输出空白。施密特缓冲输入。当 OE是低电平时 ，所有恒流输出（OUT0 〜 15）被 执行 。当 OE = 1，所有恒流输出控制的开关在数据控制数据/锁存 状态 。 OE决定执行数据长度时间。   驱动恒流芯片 方框图 下一篇： 《LED屏幕设计及发展趋势（连载三）》