FPGA為設計平臺的全彩led顯示屏設計方案

作者：時(shí)間：2013-09-01 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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介紹了一種以FPGA 可編程邏輯器件為設計平臺的、采用大屏幕全彩led 顯示屏進(jìn)行全彩灰度圖像顯示的掃描控制器實(shí)現方案。經(jīng)過(guò)對“19 場(chǎng)掃描”理論灰度實(shí)現原理的分析，針對采用該方法實(shí)現的全彩LED 顯示屏刷新頻率受串行移位時(shí)鐘限制的缺點(diǎn)，提出了一種新式的實(shí)現高階灰度顯示的逐位點(diǎn)亮控制方法，在進(jìn)行FPGA 電路設計中采用單獨的計數器來(lái)控制屏幕的刷新頻率，使全彩LED 顯示屏的設計在L ED 的發(fā)光效率和刷新率之間的調整更加靈活。最后，根據大屏幕全彩LED 顯示屏的設計要求，結合本文討論的灰度控制方法，給出了FPGA 屏體掃描控制器的內部電路實(shí)現結構框架。

　　1 、引言

　　作為大型平板顯示設備的一種，LED 顯示屏以其使用壽命長(cháng)、維護費用低、功耗低等特點(diǎn)在顯示領(lǐng)域占有重要的位置。特別在近年，帶有紅、綠、藍三基色以及灰度顯示效果的全彩LED 顯示屏，以其豐富多彩的顯示效果而倍受業(yè)界關(guān)注，成為L(cháng)ED 顯示屏市場(chǎng)近年增長(cháng)幅度比較大的產(chǎn)品。壽命、單位面積亮度、三基色的偏差程度、點(diǎn)距、對比度、灰度等級(包括灰度級數和線(xiàn)性度) 、掃描頻率等指標性能是衡量或橫向比較大型顯示設備好壞的標準。而這些指標性能的優(yōu)劣，很大程度上決定于掃描控制器的性能。因此對大屏幕全彩L ED 顯示掃描控制方法的研究有著(zhù)重要的意義。

　　由于LED 的發(fā)光亮度與掃描周期內的發(fā)光時(shí)間近似成正比，所以灰度等級的實(shí)現通常是由控制LED 的發(fā)光時(shí)間與掃描周期的比值，即采用調節占空比來(lái)實(shí)現的。全彩LED 顯示屏一般采用逐位點(diǎn)亮的掃描方式實(shí)現灰度圖像顯示。對于顯示灰度級數為8 位的LED 顯示屏，一般采用“19場(chǎng)掃描”原理來(lái)實(shí)現256 級灰度顯示。L ED顯示屏的顯示數據更新一般采用串行輸出方式，如采用595 進(jìn)行設計的靜態(tài)LED 全彩顯示屏，根據“19 場(chǎng)掃描”原理，對于分辨率等規格確定的屏體，當串行移位時(shí)鐘確定時(shí)，顯示屏的刷新頻率和LED 的發(fā)光效率(一個(gè)掃描周期內，LED的最長(cháng)點(diǎn)亮時(shí)間所占的比例) 也就被確定。本文提出了一種新的逐位點(diǎn)亮掃描方式，該方式對典型的“19場(chǎng)掃描”方式進(jìn)行了改進(jìn)，可以在串行移位時(shí)鐘確定的條件下，在一定范圍內對刷新率和發(fā)光效率進(jìn)行調節，從而提高了產(chǎn)品根據實(shí)際的應用環(huán)境和客戶(hù)要求進(jìn)行設計的靈活性。

　　2 、逐位點(diǎn)亮的灰度實(shí)現算法設計

　　以8 位“19場(chǎng)掃描”理論為例，所謂逐位點(diǎn)亮，即從一個(gè)字節數據中依次從低位到高位或者從高位到低位提取出一位數據，分8 次點(diǎn)亮對應的像素，每一位對應的點(diǎn)亮時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間的占空比不同。如果點(diǎn)亮時(shí)間從低位到高位依次倍增，則合成的點(diǎn)亮時(shí)間將會(huì )有256 種組合。定義D0 位對應的點(diǎn)亮時(shí)間加上關(guān)斷時(shí)間為一個(gè)時(shí)間單位，設為T(mén) ，可得表1 所示各位的點(diǎn)亮與關(guān)斷時(shí)間。

　　表1 “19場(chǎng)掃描”顯示時(shí)各位的點(diǎn)亮與關(guān)斷時(shí)間
FPGA為設計平臺的全彩led顯示屏設計方案

　　在實(shí)際設計中， T也是對LED 顯示屏進(jìn)行一次串行數據更新所需要的時(shí)間。表1 所示的總時(shí)間是T 的整數倍，所以每個(gè)數據位所占用的總時(shí)間可以通過(guò)刷新一次屏幕數據來(lái)進(jìn)行定時(shí)。在進(jìn)行LED顯示屏設計時(shí)，整個(gè)顯示屏中LED 的亮與滅可以通過(guò)總控線(xiàn)EN 控制，當點(diǎn)亮時(shí)間≥1 T時(shí)，EN 控制顯示屏處于常亮狀態(tài)，而當點(diǎn)亮時(shí)間 1 T 時(shí)，可以通過(guò)控制EN 產(chǎn)生相應占空比的控制波形來(lái)實(shí)現相應位的亮度控制?？梢?jiàn)，利用“19場(chǎng)掃描”原理，在串行移位時(shí)鐘和屏體具體規格確定的情況下，其刷新率也就被確定了，并且具有固定的發(fā)光效率η。

　　η =6 點(diǎn)亮時(shí)間6 總時(shí)間≈ 16 T19 T≈ 84 % (1)由灰度顯示的原理可以知道，能否實(shí)現灰度顯示，決定于各個(gè)數據位的點(diǎn)亮時(shí)間從低位到高位是否以2 的倍數遞增，而關(guān)斷時(shí)間的長(cháng)短只會(huì )影響發(fā)光效率的大小。在進(jìn)行系統設計時(shí)，使用了8～10 位的非線(xiàn)性灰度校正，因此需要實(shí)現10位灰度掃描控制。定義“t”為點(diǎn)亮時(shí)間的一個(gè)時(shí)間單位，則可得表2 所示的時(shí)間分配。如果定義數據為“1”有效(點(diǎn)亮) “， 0”無(wú)效(熄滅) ，當輸入數據從000H 到3FFH 變化時(shí)，點(diǎn)亮時(shí)間在0t～1 023t 變化，而亮度控制總時(shí)間則保持不變，從而實(shí)現了10 位占空比控制，采用這種灰度控制方法可以實(shí)現1 024 級的灰度顯示。與“19 場(chǎng)掃描”原理不同，本文控制點(diǎn)亮的時(shí)間不是通過(guò)屏幕刷新來(lái)實(shí)現，而是采用單獨的

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