基于FPGA芯片控制全彩LED大屏幕圖像顯示系統系統設計

隨著(zhù)數字技術(shù)的飛速發(fā)展，各種數字顯示屏也隨即涌現出來(lái)有led、LCD、DLP等，各種數字大屏幕的控制系統多種多樣，有用ARM+FPGA脫機控制系統，也有用PC+DVI接口解碼芯片+FPGA芯片聯(lián)機控制系統，在這里我們講述一種不僅可以用于控制全彩LED大屏幕的顯示，而且還可以作為發(fā)送端輸出高清圖像數據。采用的聯(lián)機控制系統對全彩LED大屏幕進(jìn)行控制。即PC+DVI接口解碼芯片+FPGA芯片+輸出接口模式的聯(lián)機控制系統。

DVI接口概述

DVI全稱(chēng)為Digital Visual Interface，它是基于TMDS（Transition Minimized Differential Signaling，最小化傳輸差分信號）電子協(xié)議作為基本電氣連接。TMDS是一種微分信號機制，可以將像素數據編碼，并通過(guò)串行連接傳遞。顯卡產(chǎn)生的數字信號由發(fā)送器按照TMDS協(xié)議編碼后通過(guò)TMDS通道發(fā)送給接收器，經(jīng)過(guò)解碼送給數字顯示設備。

目前的DVI接口分為兩種，一個(gè)是DVI-D接口，只能接收數字信號，接口上只有3排8列共24個(gè)針腳，其中右上角的一個(gè)針腳為空，不兼容模擬信號。

另外一種則是DVI-I接口，可同時(shí)兼容模擬和數字信號。兼容模擬幸好并不意味著(zhù)模擬信號的D-Sub接口可以連接在DVI-I接口上，而是必須通過(guò)一個(gè)轉換接頭才能使用，一般采用這種接口的顯卡都會(huì )帶有相關(guān)的轉換接頭。

本文敘述中用到的接口是DVI-D全數據接口。

FPGA控制全彩LED大屏幕系統原理

1 DVI解碼芯片控制原理

圖3輸入部分顯示了FPGA芯片控制解碼芯片控制原理圖，所選的FPGA芯片是Xilinx公司的Spantan_3系列的X3C1400A-5，該芯片可以實(shí)現對DDR_SDRAM最大時(shí)鐘為200MHz的控制。在該系統中用到的DVI解碼芯片是TI公司生產(chǎn)的芯片型號為tfp401的解碼芯片，該芯片通過(guò)接收由計算機DVI接口傳輸來(lái)的編碼圖像數據，輸出到DVI解碼芯片，該芯片將串行數據解碼成24位的R（Red）、G(Green)、B(Blue)三原色并行數據，以及行同步、場(chǎng)同步、數據使能和時(shí)鐘信號，然后將解碼后的RGB圖像數據、行同步、場(chǎng)同步、數據使能和時(shí)鐘控制信號送給FPGA芯片，將圖像數據緩沖到FPGA芯片的FIFO中，在這里須注意，當采集圖像的分辨率很大時(shí)，該數據傳輸的時(shí)鐘信號最高可達到165MHz，輸出的并行圖像數據為24位的數據，所以最大帶寬可達到3.96GHz，在選取外部存儲器是須考慮帶寬的要求。

圖3 FPGA控制全彩大屏幕LED系統原理圖

4 應用于不同領(lǐng)域的兩種輸出接口模式

①FPGA芯片輸出端連接驅動(dòng)電流芯片
該接口的使用適合于輸出的是多路驅動(dòng)電流芯片，用FPGA芯片輸出管腳時(shí)序控制多路外部驅動(dòng)電流芯片，驅動(dòng)電流芯片再對RGB發(fā)光二極管進(jìn)行控制，最后將整個(gè)電腦想要顯示的圖像顯示到大屏幕LED上。

②接收端為以太網(wǎng)線(xiàn)的接口
該接口適合于對一路輸入DVI解碼芯片接口圖像的輸出，該接口可以用于遠距離傳輸圖像信息，應用于大屏幕的LED的顯示。
顯示設備采用DVI接口優(yōu)點(diǎn)

DVI傳輸的是數字信號，數字圖像信息不需經(jīng)過(guò)任何轉換，就會(huì )直接被傳送到顯示設備上，減少了數字向模擬再到數字煩瑣的轉換過(guò)程，大大節省了時(shí)間，因此它的速度更快，能有效消除拖影現象，使用DVI進(jìn)行數據傳輸，信號不衰減，色彩更純凈，更逼真。計算機內部傳輸的是二進(jìn)制的數字信號，使用VGA接口連接全彩LED大屏幕顯示器，就需要先把信號通過(guò)顯卡中的D/A轉換器轉變?yōu)镽、G、B三原色信號和行、場(chǎng)同步信號，這些信號通過(guò)模擬信號線(xiàn)傳輸到全彩LED大屏幕上，還需要相應的A/D轉換器將模擬信號再一次轉變成數字信號，才能在全彩LED大屏幕上顯示出圖像。在上述的D/A、A/D轉換和信號傳輸過(guò)程中不可避免信號的損失和受到干擾，從而導致圖像出現失真甚至顯示錯誤。DVI接口無(wú)須進(jìn)行這些轉換，避免了信號的損失，使圖像的清晰度和細節表現力都得到了大大的提高。

結束語(yǔ)

該設計系統實(shí)現的FPGA芯片控制全彩大屏幕的圖像顯示系統，不僅可以用于小尺寸分辨率（256×192）的全彩LED大屏幕控制系統的顯示，還可以遠距離的以太網(wǎng)傳輸圖像數據，將該圖像數據發(fā)送到多塊接收模板，多塊接收板的拼接可以用于顯示分辨率（1920×1280）的高清彩色圖像的大屏幕