【文章內容簡介】 度的大小，依次驅動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，每個顯示單元上有nm個像素，每個像素中有紅、綠、藍三種LED管芯，每種顏色用8BIT來表示亮度的高低，共有256級，用1BYTE來表示一個像素的灰度，正常工作時根據(jù)控制信號來控制其驅動電流的變化來實現(xiàn)亮度的變化 。(6) 傳輸介質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)。這也是實踐中常用的一種方法[1920]，它的應用場合主要用在圖象及文字顯示領域。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現(xiàn)?？刂瓢遑撠熃邮誖S485總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并且驅動LED屏幕。 系統(tǒng)設計中的幾個核心問題LED顯示屏在進行視頻播放時，對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產生閃爍感。因此，需要保證大屏幕的刷新速度達到這樣的要求。根據(jù)設計中所要求的，大屏幕系統(tǒng)應該能夠顯示整幅圖象的數(shù)據(jù)信息，并且應能夠滿足以規(guī)定的速度刷新圖象內容。以圖象大小為640480個像素點計算，每個像素點紅、綠、藍三基色各占用一個字節(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區(qū)域，而每一塊數(shù)傳通訊卡上的存儲區(qū)域又可分成幾個子區(qū)域，通過RJ485串行總線向顯示控制卡傳輸信號數(shù)據(jù)。在這里，可將顯示區(qū)域分成15個區(qū)域(每塊32行數(shù)據(jù))，相應地將存儲區(qū)域也分為15個部分，各區(qū)域相互獨立，分別對各自的存儲數(shù)據(jù)進行整合與傳輸。這樣，整個系統(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，也使得能夠實現(xiàn)更高分辨率和刷新頻率。從工程技術的角度看，這種方案可行易于實現(xiàn)。在設計中，我們使每一塊數(shù)傳通訊卡負責控制128行12列的顯示區(qū)域。整個顯示區(qū)域由4塊數(shù)傳通訊卡來控制。而每塊數(shù)傳通訊卡上的存儲區(qū)域又被分成4個子區(qū)域(每塊32行)，每個子區(qū)域對應著一塊顯示控制卡。數(shù)據(jù)通過一條RS485總線傳送到相應的顯示控制卡。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信號的采樣精度及各種同步信號的同步性能。這方面國內北京銀河電腦公司的JMCLED視頻卡質量上佳。在PC機上使用該卡可以實現(xiàn)在VGA顯示器上直接動態(tài)播放外部輸入的視頻信號，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，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，并同時提供標準的VGA控制時序。數(shù)字RGB口為50pin接口，提供了行同步信號、場同步信號、復合消隱信號、點同步信號及R、G、B各8位數(shù)據(jù)，用以控制大屏顯示。信號引腳位置見表22。表22 LED視頻卡信號定義信號名管腳號描述BLACK2復合消隱信號低電平表示消除PCLK4像素時鐘（點時鐘），頻率與VGA模式對應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藍色數(shù)據(jù)（8位）PVSYNC49垂直同步（場同步）信號，負脈沖PHSYNC50水平同步（行同步）信號，負脈沖GDN139奇數(shù) 47接地腳VCC48+5V電源圖23為數(shù)字口信號時序圖。其中，T表示象素時鐘(點時鐘)信號周期，與VGA模式有關。T0為信號建立時間，tsu為信號保持時間。 圖 23 LED視頻卡數(shù)字口信號時序圖在數(shù)傳通訊和顯示控制單元中，主要為邏輯和時序控制。目前在數(shù)字邏輯電路設計中比較先進的技術是ISP(In System Programming)技術。美國Lattice公司生產的ISP產品具有較大的技術優(yōu)勢。在驅動單元中應選用低功耗、長壽命、工作范圍寬、驅動電流大的功率器件，美國TI公司生產的功率器件具有較大的產品優(yōu)勢。在顯示單元中，三基色LED管芯為核心器件，對于高質量的LED電子顯示屏必須采用高質量的LED管芯，對此應嚴格挑選波長及發(fā)光強度一致性好的管子。從LED管芯質量上看，日亞公司(日本)、豐田公司(日本)、光磊公司(臺灣)、HP公司的產品質量上佳。從目前像素管的幾種顯示方式來看，可分為:①掃描驅動。②直流驅動:③恒流源驅動。對于點陣塊屏，一般采用掃描方式。而對于像素管屏，要保證所顯示的圖象一致性好、穩(wěn)定、高亮，必須采用直流驅動加恒流源方式。第3章 數(shù)傳通訊卡硬件電路及邏輯設計總體設計思想數(shù)傳信號處理利用為平面尋址法實現(xiàn)圖像再現(xiàn)原理時序及控制邏輯設計存儲器組織方式幀存的設計起始點同步信號確定數(shù)據(jù)的重構與存儲地址發(fā)聲器設計調色第4章 顯示控制卡電路及邏輯設計整個LED顯示屏顯示控制電路結構框圖41所示其中數(shù)據(jù)重構電路完成RGB數(shù)據(jù)的轉換，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)高速進行的，尤其在視頻方式時，不但要求實時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]。所以采取雙總線結構的存儲電路用于LED大屏幕顯示的掃描控制。與數(shù)傳通訊卡幀存儲器設計相同，在顯示控制卡中，我們也采用了快頁存儲模式，用兩組SRAM交替進行數(shù)據(jù)的讀、寫操作。每組SRAM包括了三塊SRAM芯片，分別對像素點的紅、綠、藍信息進行讀寫操作。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A幀存儲器用于圖象的掃描顯示時，B幀存儲器用于圖象數(shù)據(jù)接收和緩存。反之，當A幀存儲器用于圖象的接收和緩存時，B幀存儲器用于圖象的掃描顯示。 圖42 雙總線結構掃描控制原理圖 數(shù)據(jù)處理流程 所示結構。以數(shù)據(jù)寬度8位為例，由數(shù)傳通訊卡得到的二進制串行數(shù)據(jù)經(jīng)一個“串入并出”移位寄存器作“轉置”，每得到一個點頻信號，便把移位寄存器輸出端數(shù)據(jù)鎖存，并將之存入幀存儲器。在將幀存儲器中的數(shù)據(jù)讀出顯示時，只要按一定的地址對應關系將數(shù)據(jù)讀出并作并串轉換后，串行地分配到各發(fā)光元即可。可以看出，這種方法的關鍵在于嚴格規(guī)定幀存儲器中數(shù)據(jù)存放地址與屏幕上發(fā)光元位置的對應關系，而這取決于寫入地址發(fā)生器和讀出地址發(fā)生器的設計。在實際中我們很容易采用CPLD器件靈活準確地實現(xiàn)這些發(fā)生器。圖43數(shù)據(jù)處理結構圖針對 LED顯示模塊點陣結構的特點，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)域為N行M列。如果對整個顯示區(qū)域統(tǒng)一進行掃描，則輸出到驅動單元去的串行總線數(shù)據(jù)傳輸率將會很大，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，將圖象再進行分區(qū)，整個掃描區(qū)域由若干個掃描單元組成。相應地，將幀存儲區(qū)分割成若干塊大小相同的區(qū)域。各個區(qū)域同步地進行串行輸出，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256級計算，數(shù)據(jù)按時序寫入幀存儲器，對每個區(qū)域，讀出后經(jīng)過灰度控制變?yōu)榧t、綠、藍三條串行數(shù)據(jù)流，以供掃描顯示用。這樣實現(xiàn)的方法是可行的。在讀幀存儲器的地址時，就按照每個存儲區(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。如果將整個存儲區(qū)分為8個分區(qū)，首先讀第一個分區(qū)的第一行第一個字節(jié)，然后是第二個分區(qū)的第一行第一個字節(jié)，第八個分區(qū)的第一行第一個字節(jié)，第一個分區(qū)的第二行第一個字節(jié)，第二個分區(qū)的第二行第一個字節(jié)?第八個分區(qū)的第二行第一個字節(jié)，照此順序依次執(zhí)行，直到讀出第八個分區(qū)的第N行第M個字節(jié)。采用這種方式，可以達到降低數(shù)據(jù)傳輸率的目的。 LED電子顯示屏灰度控制原理及實現(xiàn)從幀存儲器取得的數(shù)據(jù)為并行數(shù)據(jù)，將8位并行數(shù)據(jù)轉換為256灰度信息的串行數(shù)據(jù)序列。由于A,B 兩組存儲器倒換使用，要求在接收一幀并行數(shù)據(jù)的時間內把譯碼后的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立的像素點(發(fā)光元)排列而成，由于像素點的分離性，決定了其發(fā)光的控制和驅動只能以數(shù)字方式進行。這些像素點的發(fā)光狀態(tài)由控制器同步地控制，相比較而言，動態(tài)掃描方式能節(jié)省大量驅動器件，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)定時間間隔內對顯示內容進行刷新。不論采用何種對于視頻實時情為獲得穩(wěn)定的圖象(尤其是活動圖象)，這個時間間隔不能超過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, 因此最大時間間隔T=1/60Hz=。視頻真彩色顯示意味著要對每一個像素點的亮度分別進行控制，并且要在規(guī)定的掃描的時間內同步完成。大屏幕是由數(shù)以萬計的像素點組成的，這使得系統(tǒng)的復雜性較兩值顯示大屏幕而言大為增加，并對總體的數(shù)據(jù)傳輸速度提出了更高的要求，給每一像素點設置一個常規(guī)D/A顯然不現(xiàn)實的，必須尋找一種能最大降低系統(tǒng)復雜性且性能盡可能高的解決方案[22] 。由視覺原理知道，對于一定強度的發(fā)光體，在其發(fā)光開始的一段時間內，人眼對其亮度的感覺是隨時間而增強的。如果將一發(fā)光體重復地開通/關斷，則人眼對像素點的平均亮度感覺可取決于它的亮/滅占空比。也就是說，只要對像素點亮/滅占空比進行調節(jié)，就能實現(xiàn)對亮度的控制。對LED電子顯示屏而言，這意味著只要將代表像素點亮度的數(shù)字轉換為像素點發(fā)光的時間(D/T轉換)，即實現(xiàn)了亮度的D/A轉換。圖44人眼對亮度反應時間對于單個發(fā)光元，D/T轉換的實現(xiàn)是簡單的，但對大屏幕顯示而言這種D/T轉換必須在規(guī)定時間間隔內對全屏幕所有發(fā)光元同步地完成，并且各個D/T轉換的數(shù)據(jù)是各不相同的，這意味著要為每一個發(fā)光元配備一個D/T轉換器。另外，從工程技術角度上講，這種轉換必須盡可能簡單、可靠，易于實現(xiàn)。為此，我們提出了下述全屏幕所有發(fā)光元實時同D/T轉換的方法。設屏幕數(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)