【正文】 消隱電平控 制方式的特點(diǎn)是：顯示亮度大，但需要較高的移位時(shí)鐘頻率；非消隱電平控制方式的特點(diǎn)是：顯示亮度較小，但所需移位時(shí)鐘頻率低。要解決顯示屏的閃爍問(wèn)題可以通過(guò)提高 LED 顯示屏的刷新頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)刷新頻率提高至 120Hz 時(shí)，基本就可以滿足 LED 全彩色顯示屏無(wú)閃爍顯示的要求?；叶鹊燃?jí)就是顯示屏像素點(diǎn)的明暗對(duì)比程度，灰度等級(jí)范圍越大，圖像越細(xì)膩、越逼真，全彩色 LED 顯示屏的顯示主要依靠不同的灰度等級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 DDR 讀寫(xiě)控制模塊共分為三個(gè)子模塊，寫(xiě) DDR 地址發(fā)生模塊、讀 DDR 地址發(fā)生模塊和讀寫(xiě)控制模塊。 LED 點(diǎn)陣顯示屏控制器的軟件設(shè)計(jì) LED 點(diǎn)陣顯示屏控制器的核心是 FPGA 控制模塊，其軟件設(shè)計(jì)基本集中在FPGA 芯片的邏輯功能設(shè)計(jì)上。它具有 8 位串入并出的移位、并行鎖存和三態(tài)輸出的功能。 ABCD：行選信號(hào)，用來(lái)選擇 LED屏對(duì)應(yīng)的行； OE：是消影信號(hào)，可接到行選譯碼器的使能端； LT：數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，在上升沿把數(shù)據(jù)移入位鎖存器中； DR、 DG、 DB：紅、綠、 藍(lán)三種視頻信號(hào)的數(shù)據(jù)，這三個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行移位。如圖 27 所示，這里是一個(gè) m 行 n 列結(jié)構(gòu)的 LED 顯示屏，當(dāng)采用行掃描列控制的方式來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，從 H1 到 Hm 行輪流將高電位接通各行線，然后通過(guò)改變各列的電平來(lái)控制各 LED 的點(diǎn)亮順序。 (4)掃描驅(qū)動(dòng) 掃描驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路，產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 器件輪流點(diǎn)亮，從而簡(jiǎn)化控制驅(qū)動(dòng)電路的一種驅(qū)動(dòng)方式 [39]。 由于每一比特灰度數(shù)據(jù)的行掃描周期均為 Vc/(10H)，則所有行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備時(shí)間也都為 Vc/(10H)，所以列數(shù)據(jù)的移位頻率 f 也都是完全相等的， f=VF H 10 M= MHz，與非消隱電平控制方式相比列數(shù)據(jù)移位頻率降低了約 100 倍，降低。 為了改進(jìn)非消隱電平控制方式，降低灰度數(shù)據(jù)的移位頻率，采用在灰度控制過(guò)程中引入了消隱電平的方法。 LED 顯示屏的灰度數(shù)據(jù)是按位進(jìn)行掃描的，每次傳輸掃描的僅僅是十比特?cái)?shù)據(jù)中的一比特，并且每位數(shù)據(jù)都具有不同的占空比。 在一個(gè)掃描周期內(nèi)，占空比為 1 時(shí)指的是完全點(diǎn)亮即對(duì)應(yīng) 256 級(jí)灰度；完全熄滅時(shí)，此時(shí)占空比為 0，對(duì)應(yīng)于 0 級(jí)灰度。 對(duì)于選擇脈沖重復(fù)頻率，由于視覺(jué)暫留特性要求脈沖重復(fù)頻率必須高于 24Hz，這樣才不會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。但在應(yīng)用掃描驅(qū)動(dòng)方式時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：確定好脈沖對(duì)應(yīng)的電流幅值和選擇好重復(fù)掃描頻率。由于晶體管的恒流輸出特性，因此可用其驅(qū)動(dòng) LED，如圖 24 。 (1)直流驅(qū)動(dòng) 直流驅(qū)動(dòng)在實(shí)現(xiàn)上很容易，將電源電壓 VCC、電阻 R 與 LED 器件三者串聯(lián)組成回路，由電阻 R 與 LED 器件的伏安特性一起決定 LED 的工作點(diǎn)，這種驅(qū)動(dòng)方式適用于 LED 器件 較少且發(fā)光強(qiáng)度恒定的情況下 [35]。 (2)LED 器件的伏安特性 流過(guò) LED 器件的電流和加在 LED 上的電壓之間的關(guān)系稱為伏安特性，如圖23 所示圖中描述了 A、 B 兩個(gè)器件的正向伏安特性曲線， LED 器件與普通二極管在伏安特性上基本上相似，略微不同的是 LED 器件開(kāi)始導(dǎo)通的正向電壓較大，大概在 ~ 之間，這是由不同的半導(dǎo)體材料來(lái)決定的 [33]。 圖 21 發(fā)光二極管 用于描述 LED 特性的參 數(shù)有許多，這些參數(shù)之間為非線性關(guān)系。本課題設(shè)計(jì)的主要工作如下： 1）設(shè)計(jì)了 FPGA 控制模塊，完成以太網(wǎng)交換控制器的 GMII 接口與 FPGA 之 間的數(shù)據(jù)通信，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制、數(shù)據(jù)處理、掃描控制 等功能。這種方法與單片機(jī)控制電路相比，電路結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，可靠性更高，調(diào)試也更為簡(jiǎn)單。視頻信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了 LED 彩色顯示屏相關(guān)顯示技術(shù)的發(fā)展， LED 顯示效果正在不斷地提高，這促使了 LED 彩色顯示屏成為人們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn) [29]。 Quartus II 設(shè)計(jì)軟件有著先進(jìn)的功能，使用它可以提高數(shù)字系統(tǒng)的性能，能方便地處理潛在的設(shè)計(jì)延時(shí)，并能在布局布線之后對(duì)設(shè)計(jì)作出方便地改善。 Quartus II 設(shè)計(jì)軟件有著完整的多平臺(tái)設(shè)計(jì)環(huán)境，可能方便地完成特定的設(shè)計(jì)，并且它提供了全面的可編程芯片系統(tǒng)（ SOPC）的設(shè)計(jì)環(huán)境 [27]。此后， VHDL 便得到了廣泛的接受，并逐漸代替了原來(lái)非標(biāo)準(zhǔn)的 HDL，VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。 目前， Verilog HDL 已經(jīng)使用的非常廣泛。它適用于系統(tǒng)級(jí) (system)、算法級(jí)（ alogrithem）、寄存器傳輸級(jí)（ RTL 邏輯級(jí)（ logic）、門(mén)級(jí)（ gate）、電路開(kāi)關(guān)級(jí)（ switch）設(shè)計(jì)建模。 2)設(shè) 計(jì)者可以在設(shè)計(jì)周期的早期對(duì)電路進(jìn)行修改并驗(yàn)證，這樣有利于在早期發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤以避免反復(fù)的設(shè)計(jì)工作。 目前在市場(chǎng)上銷售的 FPGA 芯片大部分來(lái)自兩家公司： Altera 公司和 Xilinx 公司，這兩家公司的 FPGA 芯片占據(jù)了市場(chǎng)份額的 80%以上，其他的 FPGA 廠家產(chǎn)品主要是針對(duì)某些特定的應(yīng)用 [22]。專家預(yù)測(cè)認(rèn)為：在國(guó)內(nèi)，全彩色 LED 顯示屏的市場(chǎng)需求量的增長(zhǎng)率將超過(guò) 50%。有了行業(yè)規(guī)范和質(zhì)量體系就意味著能夠使用統(tǒng)一的判定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。 在交通路口、繁華商 業(yè)街等，都能看到用來(lái)做廣告載體 LED 顯示屏，輪流播放著商業(yè)廣告和部分公益廣告，廣告形式層出不窮，變化多端，內(nèi)容極其豐富。因此，設(shè)計(jì)時(shí)既要保證驅(qū)動(dòng)電路容易實(shí)現(xiàn)，又要保證圖像的穩(wěn)定、無(wú)閃爍[13][14][18]。與動(dòng)態(tài)顯示相比，采用靜態(tài)顯示方式需要增加譯碼驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量，且隨著屏示屏的尺寸加大與分辨率的提高，所需的譯碼驅(qū)動(dòng)裝置將更多。靜態(tài)顯示方式是指所有的二極管都分別用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)輸 入一幅畫(huà)面的圖像數(shù)據(jù)，所有的 LED 都同時(shí)對(duì)其進(jìn)行顯示，一直維持到下一幅圖像的到來(lái)[9][10]。首先在計(jì)算機(jī)上編輯好文字或圖片信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)和命令經(jīng)過(guò)串口發(fā)送到控制器的存儲(chǔ)器中，然后通過(guò)對(duì)預(yù)先存放在控制器里的各種數(shù)據(jù)信息的調(diào)用，把接收到的指令轉(zhuǎn)化為顯示屏所需要的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，最后在顯示屏上進(jìn)行顯示。這種顯示屏通常用于顯示純文字信息。 1990 到 1995 年期間，這是 LED 顯示屏的快速發(fā)展時(shí)期。 LED 顯示屏發(fā)展回顧 根據(jù) LED 顯示屏的發(fā)展?fàn)顩r可以將 LED 顯示屏的發(fā)展過(guò)程分成三個(gè)階段：發(fā)展初期、快速發(fā)展時(shí)期和穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期。 關(guān)鍵詞： LED 顯示屏，全彩色， FPGA， DDR 讀寫(xiě)，掃描 目錄 摘要 .................................................... 2 目錄 ................................................. 3 第 1 章 緒論 .......................................... 4 LED 顯示屏系統(tǒng)概述 ................................ 4 LED 顯示屏發(fā)展回顧 ........................... 4 FPGA 及開(kāi)發(fā)工具介紹 ............................... 6 課題研究的目的、意義及主要研究?jī)?nèi)容 ................ 8 第 2 章 LED 器件基本原理及相關(guān)知識(shí)介紹 ................... 9 發(fā)光二級(jí)管特性 .................................... 9 LED 器件的驅(qū)動(dòng)方式 ............................... 10 LED 顯示板的 信號(hào)接口 ............................. 14 第 3 章 LED 點(diǎn)陣顯示屏控制器的軟件設(shè)計(jì) ................. 16 第 4 章 總結(jié)與展望 ...................................... 19 參考文獻(xiàn) ............................................... 20 緒論 LED 顯示屏系統(tǒng)概述 LED 顯示屏由若干個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊所組成的顯示屏幕，相對(duì)其它顯示媒介，它的使用壽命更長(zhǎng)、可靠性更高、環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)、性價(jià)比更高，是現(xiàn)代社會(huì)中主流的平板顯示產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于圖像和視頻顯示領(lǐng)域 [1]。讀地址產(chǎn)生模塊按照顏色和權(quán)重來(lái)產(chǎn)生讀地址，寫(xiě)地址產(chǎn)生模塊按照顏色數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生灰度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)目的地址，讀寫(xiě)控制模塊控制 DDR 存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作。最終，待顯示數(shù)據(jù)和控制信號(hào)被送到 LED 驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng) LED 屏進(jìn)行顯示。該控制 器主要包括以太網(wǎng)接口模塊、 FPGA 控制模塊、 DDR 緩存模塊和 LED 驅(qū)動(dòng)