分类： 嵌入式
2009-12-21 12:18:03
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LED 的发展已过了几十年了,它现在的技术也相当成熟了。它有很宽的可视角,并且能够 显示图像、数字、视频，还能够通过红绿篮三种LED组合成任一颜色系统，但是不推荐在小显示屏上显示视频。典型应用是在商场、高速公路、大型体育场和白天日照下的舞台。
我们都知道，由PN 结构成的LED 需要用直流电源驱动发出其颜色，改变通过PN 结上 的电流达到显示颜色亮度的变化。每个显示板上的LED 都是被的恒流源产生的可控电流单独直接控制，虽然一个LED颜色灰度容易产生,但是大量LED组成的LED 显示屏就需要一个非常复杂的系统来控制。本文的目的是实现这个基于FPGA 的具有高刷新率的LED显示屏系统。
根据驱动LED的工作原理LED显示屏有静态、虚拟、扫描之分，那么对应的系统也不同。
目前，许多LED显示屏面阵板是利用8*8的LED矩阵块拼接起来，这有益于PCB 的设计和节省空间，在本文的研究中就是使用这样的面阵板。由8块8*8的矩阵块组成，三色LED点阵利用每行的阴极作为公共端，行的选通是通过3-8译码器驱动NPN三极管来控制的，并且任一时刻只有一行被Ri选通；每列有3路输入信号Rc、Gc、 Bc 分别单独控制每列的红、绿、蓝LED，每种颜色有8个8位移位寄存器提供恒流去控制列。
很明显，能得到的颜色值仅仅是红、绿、蓝三种颜色组成的，颜色灰度实际上是依靠改变颜色亮度值产生的，颜色亮度的控制是通过驱动LED像素点在一周期内总的导通时间来决定的。为了产生颜色灰度需要对LED像素值进行重新分配，这需要在系统里实现对同一位面的数据进行组合，然后发送到LED面阵板。
LED显示屏为了获得更高的亮度等级，LED显示屏必须能够在一个可接受的周期内刷新整个LED屏，如果这个不能达到，闪变效应就会影响观众。微处理器和微在普通的控制方面是很强的芯片，但是它不太适合控制带合适亮度等级和高刷新率的LED显示屏。所以使用基于可编程逻辑器件的来实现是一个很好的选择。
LED显示由LEDINTERFACE、BUFFERUPDATA和VIDEORAM模块组成。LEDINTERFACE和BUFFERUPDATA两个模块共用一个SRAM存储器，它类似于一双通道存储器。
LEDINTERFACE模块是负责控制LED点阵的颜色显示，它能够很方便的表现状态转换和数据流动，最重要的是一个状态图能够简单的修改成VHDL程序。
LEDINTERFACE模块的初始化状态是INIT_SIGNALS，它初始化所有涉及到LED显示屏上的信号，然后准备转换到SET_PIXEL_ADDRESS状态，这个状态计算输出数据缓冲器中的地址，在READ_PIXEL状态读出数据。READ_PIXEL状态利用一个PIXCOLOR表，这个表存储的是像素颜色值和亮度的关联数据。用作重新得到LED状态的参量是像素数据DataR、DataG、DataB、Plane，在不增加显示缓冲区的情况下，把一个像素的颜色值直接转换成LED的亮度等级，不仅是一个简单的方法，而且相比较以前的方法能减少硬件复杂度和存储器的使用。
BUFFERUPDATA模块是作视频源信号和VIDEOSRAM的接口部分。BUFFERUPDATA设计了只接收24位RGB数据格式的信号，这种格式的信号可以很容易的从标准的视频源信号转换过来，且这种转换模块需要带数据缓冲区。
除了24位颜色数据总线，BUFFERUPDATA模块还增加了2个信号：RDB_FULL和RGB_RD。RGB_FULL是指示RGB 视频源缓冲区中至少有一个像素值可以读取，BUFFERUPDATA 模块去使能RGB_RD信号，然后通过24位数据总线去读取视频源缓冲区中的值。
BUFFERUPDATA模块的初始状态是IDLE，所有有关信号都在这个状态被初始化，并且检测RGB_FULL信号状态；从IDLE状态到ACF_RD是通过 RGB-FULL信号来激励的；在ACT_RD和INACT_RD状态为了得到RGB数据强制 BUFFERUPDATA模块产生RGB-RD信号。RGB-RD有效的时间是DELAY的值来控制的，DELAY的值是在ACD-RD状态重复的时钟周期数。
接收完数据后，BUFFERUPDATA模块没有立即把数据存到VIDEORAM中，而是检查MemBusy 信号的状态，为了保证VIDEORAM模块可操作，即没有被LEDINTERFACE模块占用；当MemBusy 信号无效时，BUFFERUPDATA模块就把得到的RGB数据存到相应的VIDEORAM地址中，每个像素值的读取/存储过程的最终状态是回到IDLE 状态。
前面提到，VIEDORAM模块是LEDINTERFACE模块和BUFFERUPDATA 模块和共用模块。实际上一个双端口RAM是很容易得到的，这个模块可能使用一个静态RAM来实现。
在FPGA里只需综合相对简单的SRAM的接口模块和另外两个模块，这个接口模块即 VIDEORAM模块，事实上这不是一个真正的双端口模块。
本文提出了一种基于FPGA的系统的实现方案，通过硬件和软件的辅助设计，完全实现了对LED显示屏的扫描控制。基于FPGA的硬件设计大大降低了电路系统的复杂性，提高了整个系统的开发效率。
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