【正文】 圖 412 灰度級(jí)產(chǎn)生模塊流程圖 本系統(tǒng)的打散方案是在每個(gè)等分時(shí)間 t 內(nèi)分別掃描 1bit 的灰度數(shù)據(jù)，并且掃描順序?yàn)?DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD0、DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD0。下面將具體計(jì)算一下系統(tǒng)的發(fā)光效率 n、存儲(chǔ)器讀頻率 RF 和列數(shù)據(jù)移位頻率 f0。其中，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題可以通過提高 LED 顯示屏的刷新頻率來實(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)來實(shí)現(xiàn)。 DDR 讀寫控制模塊共分為三個(gè)子模塊，寫 DDR 地址發(fā)生模塊、讀 DDR 地址發(fā)生模塊和讀寫控制模塊。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，然后通過改變各列的電平來控制各 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)是通過設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路，產(chǎn)生控制信號(hào)來驅(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=VFH10M= 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 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）、門級(jí)（gate）、電路開關(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：在國內(nèi)，全彩色 LED 顯示屏的市場(chǎng)需求量的增長(zhǎng)率將超過 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)電路來驅(qū)動(dòng)，當(dāng)輸入一幅畫面的圖像數(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[9][10]。首先在計(jì)算機(jī)上編輯好文字或圖片信息，通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)和命令經(jīng)過串口發(fā)送到控制器的存儲(chǔ)器中，然后通過對(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，F(xiàn)PGA，DDR讀寫，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)重來產(chǎn)生讀地址，寫地址產(chǎn)生模塊按照顏色數(shù)據(jù)來產(chǎn)生灰度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)目的地址，讀寫控制模塊控制 DDR 存儲(chǔ)器的讀寫操作。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)電路模塊。本文的研究對(duì)象為全彩色 LED 點(diǎn)陣顯示屏控制器，提出了一個(gè)基于 FPGA 的軟件和硬件結(jié)合的控制器實(shí)現(xiàn)方案。DDR SDRAM 的作用是為 FPG