介绍了一种以FPGA 可编程逻辑器材为规划渠道的、选用大屏幕全彩led 显现屏进行全彩灰度图画显现的扫描操控器完结计划。经过对“19 场扫描”理论灰度完结原理的剖析，针对选用该办法完结的全彩LED 显现屏改写频率受串行移位时钟约束的缺陷，提出了一种新式的完结高阶灰度显现的逐位点亮操控办法，在进行FPGA 电路规划中选用独自的计数器来操控屏幕的改写频率，使全彩LED 显现屏的规划在L ED 的发光功率和改写率之间的调整愈加灵敏。最终，根据大屏幕全彩LED 显现屏的规划要求，结合本文评论的灰度操控办法，给出了FPGA 屏体扫描操控器的内部电路完结结构结构。
1 、导言
作为大型平板显现设备的一种，LED 显现屏以其运用寿数长、维护费用低、功耗低一级特点在显现范畴占有重要的方位。特别在近年，带有红、绿、蓝三基色以及灰度显现作用的全彩LED 显现屏，以其五光十色的显现作用而倍受业界重视，成为LED 显现屏商场近年增长幅度比较大的产品。寿数、单位面积亮度、三基色的误差程度、点距、对比度、灰度等级(包括灰度级数和线性度) 、扫描频率等目标功用是衡量或横向比较大型显现设备好坏的规范。而这些目标功用的好坏，很大程度上决议于扫描操控器的功用。因而对大屏幕全彩L ED 显现扫描操控办法的研讨有着重要的含义。
因为LED 的发光亮度与扫描周期内的发光时刻近似成正比，所以灰度等级的完结通常是由操控LED 的发光时刻与扫描周期的比值，即选用调理占空比来完结的。全彩LED 显现屏一般选用逐位点亮的扫描办法完结灰度图画显现。关于显现灰度级数为8 位的LED 显现屏，一般选用“19场扫描”原理来完结256 级灰度显现。L ED显现屏的显现数据更新一般选用串行输出办法，如选用595 进行规划的静态LED 全彩显现屏，根据“19 场扫描”原理，关于分辨率等标准确认的屏体，当串行移位时钟确认时，显现屏的改写频率和LED 的发光功率(一个扫描周期内，LED的最长点亮时刻所占的份额) 也就被确认。本文提出了一种新的逐位点亮扫描办法，该办法对典型的“19场扫描”办法进行了改善，能够在串行移位时钟确认的条件下，在必定范围内对改写率和发光功率进行调理，然后进步了产品根据实践的运用环境和客户要求进行规划的灵敏性。
2 、逐位点亮的灰度完结算法规划
以8 位“19场扫描”理论为例，所谓逐位点亮，即从一个字节数据中顺次从低位到高位或许从高位到低位提取出一位数据，分8 次点亮对应的像素，每一位对应的点亮时刻与关断时刻的占空比不同。假如点亮时刻从低位到高位顺次倍增，则组成的点亮时刻将会有256 种组合。界说D0 位对应的点亮时刻加上关断时刻为一个时刻单位，设为T ，可得表1 所示各位的点亮与关断时刻。
表1 “19场扫描”显现时各位的点亮与关断时刻
在实践规划中， T也是对LED 显现屏进行一次串行数据更新所需求的时刻。表1 所示的总时刻是T 的整数倍，所以每个数据位所占用的总时刻能够经过改写一次屏幕数据来进行守时。在进行LED显现屏规划时，整个显现屏中LED 的亮与灭能够经过总控线EN 操控，当点亮时刻≥1 T时，EN 操控显现屏处于常亮状况，而当点亮时刻 1 T 时，能够经过操控EN 发生相应占空比的操控波形来完结相应位的亮度操控。可见，运用“19场扫描”原理，在串行移位时钟和屏体详细标准确认的情况下，其改写率也就被确认了，而且具有固定的发光功率η。
η =6 点亮时刻6 总时刻≈ 16 T19 T≈ 84 % (1)由灰度显现的原理能够知道，能否完结灰度显现，决议于各个数据位的点亮时刻从低位到高位是否以2 的倍数递加，而关断时刻的长短只会影响发光功率的巨细。在进行体系规划时，运用了8～10 位的非线性灰度校对，因而需求完结10位灰度扫描操控。界说“t”为点亮时刻的一个时刻单位，则可得表2 所示的时刻分配。假如界说数据为“1”有用(点亮) “， 0”无效(平息) ，当输入数据从000H 到3FFH 改变时，点亮时刻在0t～1 023t 改变，而亮度操控总时刻则坚持不变，然后完结了10 位占空比操控，选用这种灰度操控办法能够完结1 024 级的灰度显现。与“19 场扫描”原理不同，本文操控点亮的时刻不是经过屏幕改写来完结，而是选用独自的计数器来进行计时操控的。
表2 逐位点亮操控中各位数据点亮时刻分配表
设运用串行办法更新整场视频图画一位数据所需求的时刻为Ts ，假如Ts 满意:
则完结一次串行数据更新所需求的时刻在Dn – 1位所需求的点亮时刻和Dn 位的点亮时刻之间，这个时刻或许小于一个时刻t。因为串行数据更新时刻和点亮时刻能够部分堆叠，设屏幕的改写率(即显现数据帧从显现缓存读出进行屏幕显现更新的频率) 为f r ，能够得到式(3) 。
当串行时钟频率和屏体参数确认， Ts 便可核算出来。此刻，假如设定了屏幕的改写率，结合式(2) 和式(3) ，对n 从0～9 进行穷举核算，能够得到一起满意两式条件的n 值，一起能够确认单位时刻t 的值。由此得到的t 值，经过FPGA 进行守时操控，便可完结必定改写率的全彩灰度操控。
这儿LED 的发光功率能够用式(4) 标明。
从式(3) 可知，当串行移位时钟频率必定，即Ts 确认的情况下，改写率f r 与单位时刻t 成反比。而式(4) 标明，发光功率η和单位时刻t 成正比。可见，改写率和发光功率成反比联系，进步改写率的一起必定要献身发光功率。因而，选用上述扫描办法，规划者能够根据实践运用环境和客户的要求在改写率和发光功率两者之间进行恰当的调整。
假如要求体系的全彩灰度操控契合“19 场原理”的显现作用，则由表2 可得表3 所示的关断时刻t0 ～t9 的值。结合表3 中t0 ～ t9 的值，对表2中总时刻各项进行求和，便可得总时刻为Ta =1 152t ，根据1 152t = 1/ f r 可得到t 值。
表3 逐位点亮操控中契合“19 场扫描”时各位数据关断时刻分配表在体系规划中，扫描板每个输出端口别离操控16 ×48 分辨率的静态显现屏模块，红、绿、蓝三色显现数据选用3 根数据线别离输出，串行移位时钟频率为6. 25 MHz ，显现屏改写频率规划要求为120 Hz ，运用以上的定论可得:
Ts = 16×48×16125×106 s = 122188μs然后进行穷举核算，如表4 所示，能够得到单位时刻t 的值为7. 780μs。
表4 对n 进行穷举计得到单位时刻t 的值根据式(4) ，可核算得到发光功率η = 1023tf r = 1023 ×71780 ×10- 6 s ×120Hz = 9515 %
3、 FPGA 电路规划
视频图画信号频率高、数据量大，要求实时处理，加之全彩大屏幕LED 操控器完结的数字逻辑适当杂乱，选用CPLD/ FPGA 规划操控电路，能够简化体系结构，便于调试。本文规划的扫描操控器运用于大屏幕全彩LED 脱机视频播映体系中。其间涉及到视频信号的存储和读取、视频数据的传输和接纳、灰度显现操控电路、LED 点阵显现驱动电路等。本文首要对灰度显现操控电路进行评论，操控目标为以红、绿、蓝三色LED 组成的全彩静态显现屏。完结灰度显现操控器的FPGA 内部电路结构如图1 所示。
在LED 显现屏扫描操控电路中，FPGA 是其间最首要的逻辑操控器材，首要完结视频数据接纳、非线性灰度校对和扫描信号发生功用。FP2GA 内部各个电路模块彼此和谐运作，将数据输入和显现输出连接起来，完结L ED 显现屏的全彩视频播映。
作为一个独立的显现体系，一般的RS232 、RS485 总线办法已不能满意L ED 显现屏进行多媒体视频播映所要到达的高数据速率传输要求。以512 ×256 的全彩显现屏为例，当要求体系换帧频率到达30 Hz 时，需求的数据传输速率高达94. 4 Mbp s。因而，在体系规划中，视频数据的传输和接纳选用RTL8201 规划的100 M 以太网操控器来完结。
为了使视频播映接连滑润，在数据接纳进程中不能打断显现，这儿选用两组SRAM 进行“乒乓操作”，使显现数据的接纳存储和读取能够一起进行， 然后完结视频数据流的无缝缓冲和处理 ， 如图2 所示。换帧信号FRAME _SWITCH 是用来切换作业SRAM 组的，该信号决议两组SRAM 哪一组处于读状况，哪一组处于写入状况。RTL8201 数据接纳模块树立MII 接口，完结与RTL8201 的接口，把MII 接口传送过来的半字节数据转化成为24 位RGB 数据，然后存储在SRAM 里。RTL8201 每接纳完一帧显现数据，则对换帧信号FRAME_ SWITCH 进行求反，将两组SRAM 的读写方位切换过来，使显现屏显现最新接纳到的帧数据，然后完结换帧操作。
因为LED 显现屏包括4 列彼此独立的显现模块，因而扫描操控电路需求供给4 路RGB 数据输出接口， 在图1 中标明为RGB0 ～ RGB3 。
CLOCK_OUT 为移位时钟信号输出端口，RGB0～RGB3 在该时钟的上升沿有用，各个端口的红、绿、蓝三色显现数据经过时钟脉冲信号别离逐位移入驱动芯片的显现缓存。LA TCH 信号为串行数据输出完毕后需求进行显现改写时的锁存脉冲。EN 为灰度操控信号，当EN 有用时，L ED 能够随输入数据的0 、1 状况平息或许点亮，其有用时刻宽度对应为表2 所示的点亮时刻。
EN 信号发生模块为完结灰度图画显现的重要模块，该模块将输入的位计数值转化成为对应位的点亮时刻，并进行相应时刻长度的亮度操控。
在本规划中，输入的灰度信号为256 级，考虑到反γ非线性校对进程引起的灰度丢失，将输出的灰度等级界说为1 024 级，因而需求得到10 位灰度数据各个位对应的点亮时刻。根据“灰度完结原理”，10 位灰度数据各个数据位对应的点亮时刻从D0 ～D9 别离从1 T 倍增为512 T ，点亮总时刻为1 023 T 。
因为驱动板中驱动芯片有二级缓存功用，所以更新数据和点亮L ED 这两个操控进程能够部分堆叠，然后得到图3 所示的LED显现屏灰度操控流程。更新第0 位数据时点亮时刻为512 T 、更新第1 位数据时点亮时刻为1 T …顺次类推，更新第n 位数据时，操控点亮的时刻为上一次所更新的位所需求的点亮时刻。
4、定论
评论了一种大屏幕全彩LED 显现屏规划的扫描操控器规划计划，经过对“19 场扫描”完结办法的剖析，针对其不足之处，提出了一种新式的逐位点亮灰度操控办法。该操控办法使得在全彩LED 显现屏的规划中，能够在L ED 的发光功率和改写率之间进行灵敏的调整。本规划选用FP2GA 操控芯片为规划渠道来完结扫描操控电路的完结，凭借EDA 开发工具，降低了驱动电路的规划难度，缩短了项目的开发周期。
