【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 度的大小，依次驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光二極管使屏體顯示出與信息源相同或相近的圖象畫面。顯示屏由一系列顯示單元組成，每個(gè)顯示單元上有nm個(gè)像素，每個(gè)像素中有紅、綠、藍(lán)三種LED管芯，每種顏色用8BIT來表示亮度的高低，共有256級(jí)，用1BYTE來表示一個(gè)像素的灰度，正常工作時(shí)根據(jù)控制信號(hào)來控制其驅(qū)動(dòng)電流的變化來實(shí)現(xiàn)亮度的變化 。(6) 傳輸介質(zhì)串行傳輸方式是利用串行接口，通過RS485總線接收/傳輸數(shù)據(jù)。這也是實(shí)踐中常用的一種方法[1920]，它的應(yīng)用場(chǎng)合主要用在圖象及文字顯示領(lǐng)域。本系統(tǒng)數(shù)傳通訊板和顯示控制板間的數(shù)據(jù)傳輸使用串行總線方式實(shí)現(xiàn)?？刂瓢遑?fù)責(zé)接收RS485總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并且驅(qū)動(dòng)LED屏幕。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)核心問題LED顯示屏在進(jìn)行視頻播放時(shí)，對(duì)刷新頻率的要求較高。一般都需要刷新頻率在60Hz以上。這樣在視覺上才不會(huì)產(chǎn)生閃爍感。因此，需要保證大屏幕的刷新速度達(dá)到這樣的要求。根據(jù)設(shè)計(jì)中所要求的，大屏幕系統(tǒng)應(yīng)該能夠顯示整幅圖象的數(shù)據(jù)信息，并且應(yīng)能夠滿足以規(guī)定的速度刷新圖象內(nèi)容。以圖象大小為640480個(gè)像素點(diǎn)計(jì)算，每個(gè)像素點(diǎn)紅、綠、藍(lán)三基色各占用一個(gè)字節(jié)共8位，8位數(shù)據(jù)以串行方式傳輸，如果要求視頻畫面刷新率至少達(dá)到60幀/秒，那么要求串行總線傳輸速度至少需要640480860=147. 46MB/S。考慮到5類雙絞線(IOBASET)的傳輸速率只能達(dá)到IOMB/S，而且傳輸率太高的數(shù)據(jù)很難控制，所以采用的方法是將顯示區(qū)分成幾塊，使用多塊數(shù)傳通訊卡分別控制一個(gè)區(qū)域，而每一塊數(shù)傳通訊卡上的存儲(chǔ)區(qū)域又可分成幾個(gè)子區(qū)域，通過RJ485串行總線向顯示控制卡傳輸信號(hào)數(shù)據(jù)。在這里，可將顯示區(qū)域分成15個(gè)區(qū)域(每塊32行數(shù)據(jù))，相應(yīng)地將存儲(chǔ)區(qū)域也分為15個(gè)部分，各區(qū)域相互獨(dú)立，分別對(duì)各自的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與傳輸。這樣，整個(gè)系統(tǒng)采用多通道并行RS485總線傳輸， /15=。這種方法極大地提高了系統(tǒng)工作效率，也使得能夠?qū)崿F(xiàn)更高分辨率和刷新頻率。從工程技術(shù)的角度看，這種方案可行易于實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)中，我們使每一塊數(shù)傳通訊卡負(fù)責(zé)控制128行12列的顯示區(qū)域。整個(gè)顯示區(qū)域由4塊數(shù)傳通訊卡來控制。而每塊數(shù)傳通訊卡上的存儲(chǔ)區(qū)域又被分成4個(gè)子區(qū)域(每塊32行)，每個(gè)子區(qū)域?qū)?yīng)著一塊顯示控制卡。數(shù)據(jù)通過一條RS485總線傳送到相應(yīng)的顯示控制卡。這樣數(shù)據(jù)傳輸率=32512860=，完全符合數(shù)據(jù)傳輸率的要求。在視頻采集單元中，不僅要考慮到高頻信息處理的噪音、畸變問題，還要考慮VGA信號(hào)的采樣精度及各種同步信號(hào)的同步性能。這方面國內(nèi)北京銀河電腦公司的JMCLED視頻卡質(zhì)量上佳。在PC機(jī)上使用該卡可以實(shí)現(xiàn)在VGA顯示器上直接動(dòng)態(tài)播放外部輸入的視頻信號(hào)，視頻格式為YUV4:2:2，數(shù)字RGB格式為8: 8: 8 ，支持PAL和NTSC制式，視頻窗口可任意縮放、移動(dòng)，并支持分辨率從64048。到12801024的多種VGA顯示模式。視頻卡提供數(shù)字RGB接口，用于將LED視頻卡的視頻和VGA信息輸出，并同時(shí)提供標(biāo)準(zhǔn)的VGA控制時(shí)序。數(shù)字RGB口為50pin接口，提供了行同步信號(hào)、場(chǎng)同步信號(hào)、復(fù)合消隱信號(hào)、點(diǎn)同步信號(hào)及R、G、B各8位數(shù)據(jù)，用以控制大屏顯示。信號(hào)引腳位置見表22。表22 LED視頻卡信號(hào)定義信號(hào)名管腳號(hào)描述BLACK2復(fù)合消隱信號(hào)低電平表示消除PCLK4像素時(shí)鐘（點(diǎn)時(shí)鐘），頻率與VGA模式對(duì)應(yīng)SRED[7…0]6 8 10 1214 16 41 42紅色數(shù)據(jù)（8位）SGRE[7…0]18 20 22 2426 28 43 44綠色數(shù)據(jù)（8位）SBLU[7…0]30 32 34 3638 40 45 46藍(lán)色數(shù)據(jù)（8位）PVSYNC49垂直同步（場(chǎng)同步）信號(hào)，負(fù)脈沖PHSYNC50水平同步（行同步）信號(hào)，負(fù)脈沖GDN139奇數(shù) 47接地腳VCC48+5V電源圖23為數(shù)字口信號(hào)時(shí)序圖。其中，T表示象素時(shí)鐘(點(diǎn)時(shí)鐘)信號(hào)周期，與VGA模式有關(guān)。T0為信號(hào)建立時(shí)間，tsu為信號(hào)保持時(shí)間。 圖 23 LED視頻卡數(shù)字口信號(hào)時(shí)序圖在數(shù)傳通訊和顯示控制單元中，主要為邏輯和時(shí)序控制。目前在數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)中比較先進(jìn)的技術(shù)是ISP(In System Programming)技術(shù)。美國Lattice公司生產(chǎn)的ISP產(chǎn)品具有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在驅(qū)動(dòng)單元中應(yīng)選用低功耗、長(zhǎng)壽命、工作范圍寬、驅(qū)動(dòng)電流大的功率器件，美國TI公司生產(chǎn)的功率器件具有較大的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。在顯示單元中，三基色LED管芯為核心器件，對(duì)于高質(zhì)量的LED電子顯示屏必須采用高質(zhì)量的LED管芯，對(duì)此應(yīng)嚴(yán)格挑選波長(zhǎng)及發(fā)光強(qiáng)度一致性好的管子。從LED管芯質(zhì)量上看，日亞公司(日本)、豐田公司(日本)、光磊公司(臺(tái)灣)、HP公司的產(chǎn)品質(zhì)量上佳。從目前像素管的幾種顯示方式來看，可分為:①掃描驅(qū)動(dòng)。②直流驅(qū)動(dòng):③恒流源驅(qū)動(dòng)。對(duì)于點(diǎn)陣塊屏，一般采用掃描方式。而對(duì)于像素管屏，要保證所顯示的圖象一致性好、穩(wěn)定、高亮，必須采用直流驅(qū)動(dòng)加恒流源方式。第3章 數(shù)傳通訊卡硬件電路及邏輯設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)思想數(shù)傳信號(hào)處理利用為平面尋址法實(shí)現(xiàn)圖像再現(xiàn)原理時(shí)序及控制邏輯設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器組織方式幀存的設(shè)計(jì)起始點(diǎn)同步信號(hào)確定數(shù)據(jù)的重構(gòu)與存儲(chǔ)地址發(fā)聲器設(shè)計(jì)調(diào)色第4章 顯示控制卡電路及邏輯設(shè)計(jì)整個(gè)LED顯示屏顯示控制電路結(jié)構(gòu)框圖41所示其中數(shù)據(jù)重構(gòu)電路完成RGB數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，將相同像素的各位組合在一起，然后存放在相鄰的單元中，從而以位的形式完成整個(gè)數(shù)據(jù)的從新組合。圖 41 顯示控制電路原理圖由于LED大屏顯示是連續(xù)高速進(jìn)行的，尤其在視頻方式時(shí)，不但要求實(shí)時(shí)完成圖象的高速掃描，還要接收新的數(shù)據(jù)，以便更新屏幕。這就必須要有高速數(shù)據(jù)緩存處理電路，以防止在掃描過程中丟失數(shù)據(jù)[21]。所以采取雙總線結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)電路用于LED大屏幕顯示的掃描控制。與數(shù)傳通訊卡幀存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)相同，在顯示控制卡中，我們也采用了快頁存儲(chǔ)模式，用兩組SRAM交替進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀、寫操作。每組SRAM包括了三塊SRAM芯片，分別對(duì)像素點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)信息進(jìn)行讀寫操作。這樣，就需要兩套數(shù)據(jù)線和地址線分別控制兩組SRAM的讀寫操作。圖42中，A,B兩組幀存儲(chǔ)器分別交替工作于圖象高速掃描和圖象數(shù)據(jù)接收緩存兩種方式。當(dāng)A幀存儲(chǔ)器用于圖象的掃描顯示時(shí)，B幀存儲(chǔ)器用于圖象數(shù)據(jù)接收和緩存。反之，當(dāng)A幀存儲(chǔ)器用于圖象的接收和緩存時(shí)，B幀存儲(chǔ)器用于圖象的掃描顯示。 圖42 雙總線結(jié)構(gòu)掃描控制原理圖 數(shù)據(jù)處理流程 所示結(jié)構(gòu)。以數(shù)據(jù)寬度8位為例，由數(shù)傳通訊卡得到的二進(jìn)制串行數(shù)據(jù)經(jīng)一個(gè)“串入并出”移位寄存器作“轉(zhuǎn)置”，每得到一個(gè)點(diǎn)頻信號(hào)，便把移位寄存器輸出端數(shù)據(jù)鎖存，并將之存入幀存儲(chǔ)器。在將幀存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)讀出顯示時(shí)，只要按一定的地址對(duì)應(yīng)關(guān)系將數(shù)據(jù)讀出并作并串轉(zhuǎn)換后，串行地分配到各發(fā)光元即可?？梢钥闯?，這種方法的關(guān)鍵在于嚴(yán)格規(guī)定幀存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)存放地址與屏幕上發(fā)光元位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而這取決于寫入地址發(fā)生器和讀出地址發(fā)生器的設(shè)計(jì)。在實(shí)際中我們很容易采用CPLD器件靈活準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)這些發(fā)生器。圖43數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)圖針對(duì) LED顯示模塊點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，掃描電路采用逐行輸出數(shù)據(jù)和逐行選通顯示過程，稱為行掃描。每塊顯示控制板控制顯示區(qū)域?yàn)镹行M列。如果對(duì)整個(gè)顯示區(qū)域統(tǒng)一進(jìn)行掃描，則輸出到驅(qū)動(dòng)單元去的串行總線數(shù)據(jù)傳輸率將會(huì)很大，這樣大的傳輸率是不能被支持的。為了降低數(shù)據(jù)傳輸率，將圖象再進(jìn)行分區(qū)，整個(gè)掃描區(qū)域由若干個(gè)掃描單元組成。相應(yīng)地，將幀存儲(chǔ)區(qū)分割成若干塊大小相同的區(qū)域。各個(gè)區(qū)域同步地進(jìn)行串行輸出，數(shù)據(jù)傳輸率可以降低到LOMB/S以下。如果這樣劃分，按照灰度級(jí)256級(jí)計(jì)算，數(shù)據(jù)按時(shí)序?qū)懭霂鎯?chǔ)器，對(duì)每個(gè)區(qū)域，讀出后經(jīng)過灰度控制變?yōu)榧t、綠、藍(lán)三條串行數(shù)據(jù)流，以供掃描顯示用。這樣實(shí)現(xiàn)的方法是可行的。在讀幀存儲(chǔ)器的地址時(shí)，就按照每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域依次讀取。在本系統(tǒng)中采用了從分區(qū)到行到字節(jié)的讀操作方式。如果將整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)分為8個(gè)分區(qū)，首先讀第一個(gè)分區(qū)的第一行第一個(gè)字節(jié)，然后是第二個(gè)分區(qū)的第一行第一個(gè)字節(jié)，第八個(gè)分區(qū)的第一行第一個(gè)字節(jié)，第一個(gè)分區(qū)的第二行第一個(gè)字節(jié)，第二個(gè)分區(qū)的第二行第一個(gè)字節(jié)?第八個(gè)分區(qū)的第二行第一個(gè)字節(jié)，照此順序依次執(zhí)行，直到讀出第八個(gè)分區(qū)的第N行第M個(gè)字節(jié)。采用這種方式，可以達(dá)到降低數(shù)據(jù)傳輸率的目的。 LED電子顯示屏灰度控制原理及實(shí)現(xiàn)從幀存儲(chǔ)器取得的數(shù)據(jù)為并行數(shù)據(jù)，將8位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為256灰度信息的串行數(shù)據(jù)序列。由于A,B 兩組存儲(chǔ)器倒換使用，要求在接收一幀并行數(shù)據(jù)的時(shí)間內(nèi)把譯碼后的8位串行數(shù)據(jù)流送往LED屏。LED電子顯示屏是由許多相互獨(dú)立的像素點(diǎn)(發(fā)光元)排列而成，由于像素點(diǎn)的分離性，決定了其發(fā)光的控制和驅(qū)動(dòng)只能以數(shù)字方式進(jìn)行。這些像素點(diǎn)的發(fā)光狀態(tài)由控制器同步地控制，相比較而言，動(dòng)態(tài)掃描方式能節(jié)省大量驅(qū)動(dòng)器件，但要求數(shù)據(jù)傳輸速度更快，無論用何種方式，均要求在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)顯示內(nèi)容進(jìn)行刷新。不論采用何種對(duì)于視頻實(shí)時(shí)情為獲得穩(wěn)定的圖象(尤其是活動(dòng)圖象)，這個(gè)時(shí)間間隔不能超過20ms(這是大屏幕顯示的基本要求)。以本系統(tǒng)為例，屏幕刷新頻率為60Hz, 因此最大時(shí)間間隔T=1/60Hz=。視頻真彩色顯示意味著要對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)的亮度分別進(jìn)行控制，并且要在規(guī)定的掃描的時(shí)間內(nèi)同步完成。大屏幕是由數(shù)以萬計(jì)的像素點(diǎn)組成的，這使得系統(tǒng)的復(fù)雜性較兩值顯示大屏幕而言大為增加，并對(duì)總體的數(shù)據(jù)傳輸速度提出了更高的要求，給每一像素點(diǎn)設(shè)置一個(gè)常規(guī)D/A顯然不現(xiàn)實(shí)的，必須尋找一種能最大降低系統(tǒng)復(fù)雜性且性能盡可能高的解決方案[22] 。由視覺原理知道，對(duì)于一定強(qiáng)度的發(fā)光體，在其發(fā)光開始的一段時(shí)間內(nèi)，人眼對(duì)其亮度的感覺是隨時(shí)間而增強(qiáng)的。如果將一發(fā)光體重復(fù)地開通/關(guān)斷，則人眼對(duì)像素點(diǎn)的平均亮度感覺可取決于它的亮/滅占空比。也就是說，只要對(duì)像素點(diǎn)亮/滅占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)亮度的控制。對(duì)LED電子顯示屏而言，這意味著只要將代表像素點(diǎn)亮度的數(shù)字轉(zhuǎn)換為像素點(diǎn)發(fā)光的時(shí)間(D/T轉(zhuǎn)換)，即實(shí)現(xiàn)了亮度的D/A轉(zhuǎn)換。圖44人眼對(duì)亮度反應(yīng)時(shí)間對(duì)于單個(gè)發(fā)光元，D/T轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)是簡(jiǎn)單的，但對(duì)大屏幕顯示而言這種D/T轉(zhuǎn)換必須在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)全屏幕所有發(fā)光元同步地完成，并且各個(gè)D/T轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)是各不相同的，這意味著要為每一個(gè)發(fā)光元配備一個(gè)D/T轉(zhuǎn)換器。另外，從工程技術(shù)角度上講，這種轉(zhuǎn)換必須盡可能簡(jiǎn)單、可靠，易于實(shí)現(xiàn)。為此，我們提出了下述全屏幕所有發(fā)光元實(shí)時(shí)同D/T轉(zhuǎn)換的方法。設(shè)屏幕數(shù)據(jù)刷新的周期為TS，控制任一發(fā)光元亮度的數(shù)據(jù)