基于網(wǎng)口傳輸的LED同步屏控制系統及其FPGA實(shí)現

摘要：介紹一種以FPGA為核心，基于網(wǎng)口傳輸的全彩高灰度同步LED顯示屏控制系統的設計方法。該設計改變傳統設計中低效高成本的信號采集和傳送方式，改用實(shí)時(shí)采集DVI接口顯示信號、通過(guò)網(wǎng)口傳輸數據，采用高集成度FPGA和大容量SDRAM，采用信號包復用技術(shù)同步傳送顯示數據和控制數據及高效率的灰度切片算法等新技術(shù)，具有成本低、顯示面積大、顯示穩定、刷新率高等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：DVI；FPGA；百兆網(wǎng)口；同步LED顯示屏控制系統；同步動(dòng)態(tài)隨機存儲器；灰度切片算法

LED全彩同步控制系統具有高性能實(shí)時(shí)顯示、節能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，成為現代信息發(fā)布的重要媒體。本設計改變傳統設計中采集顯卡VESA信號接口、使用并行多根總線(xiàn)傳送數據的方式，改用采集DVI接口、通過(guò)網(wǎng)口傳輸數據，既節省成本也提高了傳輸效率和傳輸質(zhì)量。另外，該設計還采用一系列新技術(shù)，例如使用高集成度FPGA作為主控制模塊、使用大容量SDRAM代替高成本的等容量SRAM、采用信號包復用技術(shù)同步傳送顯示數據和控制數據、采用高效率的灰度切片算法等等。LED同步屏控制系統具有成本低、顯示面積大、顯示穩定、刷新率高等特點(diǎn)，是目前市面上非常具有競爭力的顯示控制方案。

1 系統原理和結構
系統整體架構如圖1所示，主要由兩部分組成：采樣發(fā)送板(STR)和現場(chǎng)控制板(FRC)。通過(guò)大規模邏輯及其他組件，實(shí)時(shí)同步采集計算機輸出的顯示數據，通過(guò)高速緩存、格式轉換后，由大容量傳輸通道傳送到LED顯示屏現場(chǎng)，最終轉換成LED掃描控制信號，在LED顯示屏上實(shí)現高清晰的視頻、圖片、文本等節目?jì)热莸娘@示。

1．1 顯示信號采集
本設計從電腦的DVI接口采集高清晰顯示數據信號。DVI主要基于轉換最小差分信號TMDS(Transition Minimizerl Differential signa-ling)技術(shù)來(lái)傳輸數字信號。TMDS運用編碼算法把8 tit(24位色RGB數據，每色各8 bit)通過(guò)最小轉換編碼轉換為10 bit數據(包含行場(chǎng)同步信息、時(shí)鐘信息、數據DE、糾錯等)，并在DC平衡后，采用差分信號傳輸數據。它比LVDS、TTL具有更好的電磁兼容性能，可用低成本專(zhuān)用電纜實(shí)現長(cháng)距離、高質(zhì)量數字信號傳輸。本系統采用專(zhuān)用TFP401A芯片。將計算機顯示卡DVI接口輸出的TMDS信號轉換成TTL電平的RGB三色分離的數據信號。
1．2 顯示數據格式轉換
DVI接口高速輸入的顯示信號是串行含灰度的數據，以24位色數據為例，每個(gè)顏色的權值數據為8位，即灰度等級為256級(28)。LED顯示屏上的灰度實(shí)現，是通過(guò)控制每一個(gè)LED的點(diǎn)亮時(shí)間即占空比來(lái)實(shí)現的，為了更高效的實(shí)現不同的灰度，該設計采用全屏幕每個(gè)權值獨立顯示的方式，即控制整個(gè)屏幕分別顯示1～8個(gè)權值的亮度。
整個(gè)數據格式轉換過(guò)程由采集發(fā)送板和現場(chǎng)控制板上的2片FPGA以及數據緩存的SDRAM來(lái)實(shí)現。通過(guò)權值分離-緩存-分區提取-數據重整等一系列過(guò)程，最終得到LED顯示屏的掃描數據。