基于CPLD的LED大屏幕視頻控制系統

也可以取顯示基本時(shí)間單位td為h/32或h/8,經(jīng)計算得256級灰度td與幀頻F的關(guān)系如圖2所示,td與LED屏體顯示效率η的關(guān)系如圖3所示。

設計中考慮到幀頻與LED屏體顯示效率的折中,采用td=h/16,即存儲器讀出速率等于1/2數據輸入速率,顯示基本時(shí)間單位為1/16 倍行周期?；叶葤呙柰ㄟ^(guò)對灰度數據按位分時(shí)顯示的方法實(shí)現,即計算機屏幕圖像以每像素24bit輸出(紅、綠、藍各8bit)時(shí),通過(guò)給每種顏色8bit 字節的不同位分配不同的顯示時(shí)間達到灰度顯示的目的。比如,最低位(第8位)對應1/16行顯示時(shí)間,第7位對應1/8行顯示時(shí)間,…,第2位對應4行顯示時(shí)間,最高位對應8行顯示時(shí)間。屏體數據更新時(shí)間以行周期為單位,最低位對應更新時(shí)間為1行時(shí)間,其中顯示1/16行時(shí)間,其余15/16行時(shí)間里,由控制電路產(chǎn)生消隱信號進(jìn)行消隱,其余位類(lèi)同。

3.2 視頻控制器單元設計

根據上述256級灰度視頻數據灰度掃描的原理設計了256級灰度視頻控制器,原理(單個(gè)顏色通道)如圖4所示。

按功能來(lái)分,設計的視頻控制器單元可以分為四個(gè)部分:控制單元、存儲器單元(SRAM)、數據緩沖器和接口單元。視頻控制器單元的核心是存儲器單元,計算機屏幕上每128行數據對應一個(gè)存儲器單元,顯示屏所要實(shí)時(shí)顯示的內容(即計算機屏幕圖像數據)都存放在存儲器單元中?？刂茊卧a(chǎn)生存儲器單元的地址信號和分時(shí)選通控制信號及灰度掃描控制信號如掃描地址信號、消隱、移位、鎖存脈沖等。數據緩沖器用于實(shí)現視頻數據的讀寫(xiě)(輸出輸入)緩沖。接口單元用于產(chǎn)生符合顯示屏驅動(dòng)電路接口格式的信號。當一個(gè)幀存儲器進(jìn)行數據寫(xiě)入時(shí),另一個(gè)幀存儲器進(jìn)行數據掃描讀出,這樣兩組存儲器可以分別交替工作于視頻數據高速掃描和高速寫(xiě)入兩種方式,因而可以提高數據讀寫(xiě)的速率和顯示屏的幀頻,播放出來(lái)的圖像更加穩定。

3.3 視頻控制器單元設計

視頻圖像信號頻率高、數據量大,要求實(shí)時(shí)處理,加之LED大屏幕的數字邏輯相當復雜,采用復雜可編程邏輯器件(CPLD)設計系統中的關(guān)鍵控制電路,可以簡(jiǎn)化系統結構,便于調試。筆者利用Lattice公司的CPLD器件,用按位分時(shí)顯示的方法設計了256級灰度*256級灰度(紅、綠雙基色)視頻控制器單元的控制單元部分,經(jīng)測試畫(huà)面清晰穩定,顏色豐富,取得了預期的效果。以下是設計的大致過(guò)程。

首先是器件選型。為了提高器件的利用率,從結構化觀(guān)點(diǎn)出發(fā),統計出視頻控制器存儲單元、數據緩沖器和接口單元需要的控制信號數目為56,決定采用1片Lattice的ispLSI1032作為控制芯片。該芯片包含32個(gè)GLB,192個(gè)寄存器,I/O口及輸入數為72,門(mén)

數為6000,速度為70MHz,具有在系統編程功能,能夠比較高效地滿(mǎn)足應用要求,同時(shí)還可兼顧系統今后的重構。

按照設計要求,控制芯片用于產(chǎn)生讀、寫(xiě)地址信號、掃描地址信號、分時(shí)選通控制信號和一些顯示控制信號如消隱、移位、打入脈沖等。在設計中采用了“自頂向下,逐步細化”的策略。

設計中開(kāi)發(fā)軟件采用Lattice公司的EDA工具ispEXPERT7.0,設計輸入采用了原理圖和硬件描述語(yǔ)言混合輸入的方法,并對設計結果進(jìn)行了仿真。定時(shí)分析結果為最小時(shí)鐘周期為26.7ns,時(shí)鐘周期計算公式為時(shí)鐘周期=路徑延時(shí)+時(shí)鐘到輸出端延時(shí)+建立時(shí)間

存儲單元采用雙總線(xiàn)結構的高速SRAM,每行數據對應19行時(shí)間讀出,讀出后幀頻為103.6Hz。計算機視頻工作頻率為65MHz,行頻48.4kHz,幀頻60Hz。

4 結束語(yǔ)

本文討論了LED大屏幕視頻控制器單元中的灰度掃描方法,提出了256級灰度掃描時(shí)的實(shí)現方案,并用CPLD器件實(shí)現其控制電路。由于采用了EDA工具,降低了設計難度,縮短了開(kāi)發(fā)周朗,同時(shí)由于只需一片集成電路即可實(shí)現過(guò)去需要幾十片中規模集成電路的控制功能,印刷板的面積大大縮小,系統抗干擾能力顯著(zhù)增強,此外ISP功能給電路板的調試和系統的維護帶來(lái)了很大的方便,并且有利于系統今后的升級和重構。