基于FPGA的LED显示屏同步控制系统的设计
基于FPGA的LED全彩显示屏控制系统设计

O 引 言
L D显示 屏最 早 出现在 17 E 90年代 , 着 电子工业 技术 的发展 和人 民生 活水 平 的 提 高 ,E 随 L D显 示 屏 已被
用到交通信息引导 、 广告传播 、 建筑装饰 、 台背景 、 舞 广场大屏幕等方 面。L D显示屏也从简单的文字信息 E
屏发 展 到高清 全彩 的视 频播 放显 示屏 , 以直 接 接 收 D IV A 和有 线 电视 视 频 信 号 全彩 L D显示 屏 作 可 V 、G E 为节 能产 品一 直存 在成 本 高 , 自我监 测能 力弱 , 亮度 不均 匀 的缺点 。本 论文 就这 些方 面提 出解决 方 案 。
1 12 F G . . P A配置程 序 存储 器选择
FG P A选择工作在被动状态 , 为了节省成本和充分利用单片机资源 , 由单片机配置 F G 因此要一个稳 P A,
定 可靠 的存 储 器存储 F G P A配置程 序 。为此 选 择存 储 片 M2 P0, 2 P 0为 S I 58 M 5 8 P 串行 Fah存 储 器 , 量 l s 容 为 6 K i具有 先进 的写 保卫 机制 。M2 P0在配 置程 序下装 后 写保 护 , 保证 F G 4 bt 58 可 P A每次 上 电被正 确配 置 。
收 稿 日期 :0 10 —5 2 1 - 2 3
作者简 介 : 李海富 (9 4 ) 男 , 16 一 , 吉林长春人 , 副教授 , 士 , 硕 主要从事嵌入式及智能控制方 向的研究 。
2
长
Байду номын сангаас
春
大
学
学
报
第 2 卷 1
及线 路 短路侦 测 能力 , 为显 示屏 的保 护维 修 提供方 便 。
基于FPGA的全彩色LED点阵显示屏控制器的设计

结论
本次演示设计了一个基于FPGA的全彩色LED点阵显示屏控制器,实现了高清 晰度、高色彩还原度的图像显示。通过实验验证,我们发现控制器在显示效果和 稳定性方面均表现出色。然而,在实验过程中仍然存在一些问题,如闪烁和存储 器延迟等问题,需要进一步研究和优化。
展望未来,我们将继续深入研究LED点阵显示屏控制器的相关技术,进一步 提高控制器的性能和稳定性。我们也将探索更加先进的图像处理算法和优化技术, 以实现更加出色的显示效果和更加灵活的应用场景。相信在不断的研究和努力下, 基于FPGA的全彩色LED点阵显示屏控制器将会在更多领域得到广泛应用,为社会 的发展和进步做出积极的贡献。
然而,在实验过程中也出现了一些问题,如显示屏在显示过程中出现闪烁现 象。经过分析,我们发现这是由于图像处理算法中的色彩空间转换过程中亮度值 调整不当所致。通过调整亮度值,闪烁问题得到了解决。此外,我们还发现存储 器模块在数据传输过程中存在延迟,影响了显示效果。针对这一问题,我们优化 了存储器模块的数据传输机制,提高了数据传输速度,从而提高了显示屏的显示 效果。
2、输入输出接口设计:采用VGA接口作为输入接口,将PC或其他设备的图像 信号输入到FPGA中。输出接口采用HDMI接口,将处理后的图像信号输出到LED点 阵显示屏。
3、图像处理算法:采用基于RGB色彩模型的图像处理算法,将输入的VGA信 号进行色彩空间转换、分辨率缩放、亮度调整等处理,以满足LED点阵显示屏的 显示要求。
2、软件架构:采用分层设计思想,将软件分为驱动层、算法层和显示控制 层。驱动层主要负责硬件设备的初始化和控制;算法层实现图像处理算法;显示 控制层负责将处理后的图像信号输出到LED点阵显示屏。
实验验证
为了验证控制器的效果,我们进行了一系列实验。首先,我们通过VGA接口 将一个1024x768分辨率的彩色图像输入到控制器中,然后将处理后的图像信号输 出到400x400像素的全彩色LED点阵显示屏上。实验结果表明,控制器能够实现高 清晰度、高色彩还原度的图像显示,且响应速度较快,无明显延迟。
基于Actel FPGA的LED显示屏控制方案

Actel 基于Flash 架构的FPGA 讲座(29)2011.4LED(Light Emitting Diode)大屏幕作为现代信息发布的重要媒体,正受到社会各界尤其是商业界和广告界的极大重视,被广泛应用于工业、交通、商业、广告、金融、体育比赛、模拟军事演习、电子景观等领域。
随着科技的进步,全彩LED 显示屏(RGB 三基色)逐渐得到普及应用。
本方案采用Actel 的FPGA 实现对彩色LED 屏的控制,对于系统的可靠性大大增强,而且低成本的单芯片大大减轻了系统的成本。
1.概述(1)功能概述选择FPGA 实现LED 全彩屏的控制,主要考虑系统的性能需求,系统的升级需要以及系统的设计成本等因素。
现代社会对信息显示效果的高要求,以及视频数据量的加大,对显示控制器提出了挑战,如图 1所示。
本文实现的LED 全彩屏主要实现了以下功能:● 保证全彩LED 显示屏显示颜色不失真;● 能够实现256级灰度;● 能正确显示文字、图片、动画等信息;●可以接收PC 机输出的DVI 数据流实时显示。
(2)系统框图控制器主要完成对LED 扫描板的控制和显示,其中包括色度控制、灰度控制、数据重构以及存储形式、扫描方式的基于Actel FPGA的LED显示屏控制方案图2 LED显示屏控制器功能框图图1 LED显示屏应用示例表1 数据对应点亮时间图3 数据位灰度权值选择等方面。
控制器的功能框图如图 2所示。
2.各功能模块介绍控制器实现的主要难点在于其灰度的控制。
利用人眼的视觉效应,我们知道,只要刷新频率足够高不产生LED 器件闪烁的现象时,LED 器件点亮的时间越长,显示的亮度就越强。
为此我们将使用LED 器件亮灭时间的占空比波形来控制灰度级别。
下面我们分别介绍在8场扫描和19场扫描方式下的灰度控制。
(1)8场扫描模块8场扫描方式是针对串行驱动LED 显示屏而提出的。
以最常见的8bit 位宽的显示数据来说,我们分8次显示,第一次将8位数据的第0位显示在LED 屏上,第2次将8位数据的第1位显示在LED 显示屏上,这样重复操作,直至将8位数据全部显示在LED 显示屏上。
基于FPGA的LED显示控制系统设计

参 考 文 献
统通 用性 和扩展 性 能 大大 提 高 J , 显示 控 制 系统 的 各 子模块 程 序 编 译 综 合 后 通 过 总 模 块 程 序 调 用 实
1 P a n l n i t k a r S . V e r i l o g - HD L数字 设计 与综合 .夏宁闻 , 译 .北京 :
如下 :
a l w a y s @( p o s e d g e s c  ̄ k ) / / N断时钟信号
b e g i n
初 始 时将存 储器 的地 址 [ 0 0 0 1 ] 和[ 0 0 0 2 ] 各 自改
写为[ A A A A ] 和[ B B B B ] 等数字, 当存储器写入控制 的生成。实现 L E D的动态开灯控制 的具体程序实现 信号 w e 为 L时, 读 出数据为 [ A A A A ] 和[ B B B B ] 。若
电子 工 业 出 版社 , 2 0 0 8
现整体功能( 由于篇 幅原因具体总模块程序不在此
罗列) 。其 仿 真 时序 图如 图 6所 示 , 通 过 波 形 可 以
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块的控制信号。当 l e d — c l k为 1时, 读地址信号为 0 2 . 6 存 储器 模块 设计 或 1时 , 让第 一 排 灯 亮 , 取 2或 3时第 二 排亮 … …3 0 存 储器 模 块 针 对 在 S E L模 块 被 指 定 的地 址 , 进
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基于FPGA的LED显示屏控制系统设计_郭宝增

, 仅用一片 FPGA 芯片即可实现显示
控制, 外围电路简单, 升级容易, 稳定性、 可靠性高。
2
系统设计
图 1 所示的是本文介绍的 L ED 显示系统的
作者简介 : 郭宝增 ( 1953- ) , 男 , 河北承德人 , 教授, 研究方向 : 集成电路设计。
1引言led显示屏是20世纪80年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体它以其色彩鲜艳亮度高寿命长动态范围广以及工作性能稳定的优点而日渐成为显示媒体中的佼佼者广泛应用于广告证券信息传播新闻发布等方面
第 25 卷
第3期
液
晶
与
显
示
V ol 25, N o 3 Ju n. , 2010
2010 年 6 月
软核微处理器, 并将其嵌入到 FP
GA 系统中, 还可以导出 Nios 件描述语言的代码等。
图 1 所示的系统结构中的输入接口模块提供 PC 上位机到 F PGA 核心板传输数据的接口。输 入接口是通过串口即 RS232 以及 JT AG 下载线 实现的。系统结构中的输出接口模块为 L ED 点 阵驱动显示的驱动电路。 图 2 所示的是嵌入 N io s FP GA 系统结构图
1
引
言
显示的, 单片机编程比较复杂, 整个电路的调试比 较麻烦, 可靠性和实时性难以得到保证。针对这种 情况, 本文介绍了一种基于 FPGA 的 LED 显示屏 控制方案
[ 1 8]
LED 显示屏是 20 世纪 80 年代后期在全球迅 速发展起来的新型信息显示媒体, 它以其色彩鲜 艳、 亮度高、 寿命长、 动态范围广以及工作性能稳定 的优点而日渐成为显示媒体中的佼佼者, 广泛应用 于广告、 证券、 信息传播、 新闻发布等方面。传统的 LED 显示屏是通过单片机 + DSP 或工控机控制其
基于FPGA的LED显示屏控制方案

基于FPGA的LED显示屏控制方案概述随着需求的增加,许多电子设备和系统需要具有更高的性能,并且需要更高效的数据处理。
这些设备和系统需要实现更多的功能,需要数据存储更可靠,并需要更快速地处理数据。
现在有许多解决方案,其中包括基于FPGA的解决方案。
本文将讨论基于FPGA的LED显示屏控制方案。
FPGA概述FPGA是一种可编程逻辑门阵列(PLA),其在电子领域有着广泛应用。
与传统的ASIC(特定应用集成电路)不同,FPGA具有可编程的门电路。
因此,FPGA的功能可以在设计时通过编程进行定制化。
FPGA的应用范围很广泛,包括通信、计算机、嵌入式系统等等。
LED显示屏概述LED显示屏主要由LED点阵组成,其在各种场合都有广泛的应用。
例如:室内的广告牌、室外的公告牌、舞台背景幕等等。
在这些应用中,LED显示屏可以显示图像、文字和动态影像等各种内容。
此外,LED显示屏也可以用于显示环境温度、湿度或其他各种数据。
基于FPGA的LED显示屏控制方案基于FPGA的LED显示屏控制方案可用于设计各种LED显示屏,下面是实现这个目标的基本步骤:1. FPGA系统设计FPGA系统模块化设计需要采用标准的设计方法,使用VHDL或Verilog HDL等基本的设计语言,进行逻辑功能的实现。
通常这些模块包括时钟模块、程序存储模块、输入输出模块、控制器模块等。
2. 帧控制器设计基于FPGA的LED显示屏需要一个单独的控制器模块来完成任务。
FPGA的设计人员需要设计此控制器模块。
在控制器中,我们可以采用一种帧的高速重复显示,这可以使用同一模块来完成大部分图像操作。
3. 显示控制器设计显示控制器用于执行具体的显示功能,在LED驱动器下进行控制,并为数据的输出提供信号。
例如,如果我们要做一个汽车行车记录仪,我们可以将控制器模块中的显存用于存储数据,该数据将由LED显示模块驱动。
4. 驱动器设计LED驱动器是一个必要的模块,它用于将信号转换为LED点阵中的亮度(即灰度)控制。
基于FPGA的LED视频显示屏控制系统[发明专利]
![基于FPGA的LED视频显示屏控制系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/180de12cbb4cf7ec4bfed022.png)
专利名称:基于FPGA的LED视频显示屏控制系统专利类型:发明专利
发明人:蒋涛,杨旭东,黄万强
申请号:CN201610552563.0
申请日:20160714
公开号:CN106023881A
公开日:
20161012
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明涉及了一种基于FPGA的LED视频显示屏控制系统,包括DVI解码芯片、数据采集和重组模块、FPGA主控芯片、时钟控制模块、亮度调节模块、键盘输入模块、LCD显示屏、行驱动模块、列驱动模块、车载LED点阵模块、通信模块、语音单元,所述DVI解码芯片对DVI‑D信号进行解码和电平的匹配转换,将RGB信号和行场同步信号传输至数据采集和重组模块,所述数据采集和重组模块连接FPGA主控芯片,所述FPGA主控芯片控制端分别连接行驱动模块、列驱动模块,所述行驱动模块、列驱动模块连接车载LED点阵模块。
本发明的有益效果是:采用超大规模FPGA和CPLD器件进行系统集成,使得系统体积缩小、可靠性提高,且设计、调试非常方便,大大缩短了产品的开发周期。
申请人:成都安程通科技有限公司
地址:610000 四川省成都市成华区东三环路二段龙潭工业园
国籍:CN
代理机构:成都华风专利事务所(普通合伙)
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基于fpga和单片机的led屏控制器设计

• 114•LED 显示屏是现代应用广泛的显示技术之一,是人们获取信息的重要途径。
本文基于FPGA 和单片机设计LED 屏控制器,DMB 作为数据传输方式,在单片机中完成信号接收与处理,在FPGA 中完成数据存储和LED 屏的扫描驱动,以无线方式实时进行信息发布,有效保证了LED 屏显示的同步性。
随着现代显示技术的快速发展,LED 屏作为信息显示终端得到了广泛的应用。
通过DMB (Digital Multimedia Broadcasting ,数字多媒体广播)向LED 显示屏发送文本、时间等信息,是近年来一种新的信息发布技术。
DMB 信息发布系统具有覆盖范围广、易于搭建等优点,适用于学校、景区等人员众多的地方。
基于DMB 的LED 控制器是该技术的的关键部分,负责将解调后的DMB 信息转化成LED 屏的驱动信号。
目前商用LED 控制器接口类型也是多样,但协议具有保密性,不对外公开,无法与DMB 接收机直接相匹配,在没有与DMB 接收机相匹配的驱动卡情况下,需要在DMB 接收机后加上接收控制卡,再将接收控制卡连接商用LED 显示屏驱动卡,才可完成显示驱动,集成度低,结构复杂。
而目前基于DMB 的LED 驱动是使用单片机来控制显示的,由于单片机主频和内部资源的局限,不能实现高分辨率的LED 全彩点阵屏驱动。
针对以上问题,充分利用单片机易于控制和编程灵活的特点,和FPGA 的并行数据处理的优势,本文采用FPGA 和单片机设计一种LED 屏控制器,该设计具有高稳定性、高速的特点。
1 系统方案设计基于DMB 的点阵屏控制系统包括DMB 系统、LED 控制器和LED 显示屏三个部分,如图1所示。
图1 系统整体框架其中DMB 系统主要用于进行显示信息的发送与接收,包括DMB 调制器、DMB 发射机和DMB 接收机。
DMB 调制器中装有DMB 发射软件,提供用户编辑的窗口,将需要显示的信息传给DMB 发射机,再经过功率放大器,通过天线进行发射。
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Hale Waihona Puke L E D显示屏相比与其它的平板显示器,有其独特的优越性,比如:可靠性 高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比高且成本低等特点, 且随着全彩屏显 示技术的日 益完善,使得 L E D显示屏在许多场合得到广泛的应用。 本文详细介绍了利用 D l 接口作为视频 L v ED显示屏数据源,利用查表的方 法实现伽玛矫正的实现方案和实现4 96 0 级灰度的L E D视频显示屏控制系统的设 计原理。通过对等长时间实现 如9 6级灰度方案的分析,得到此方案在系统速度
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东 南大 学学位 论 文 独 创 性声 明
本人声明所呈交的学位论文是我 个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成
果。 尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外, 论文中不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果, 也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并
C a P a r 曰钾 妞 加 。 t 卜 e r l f a t 曲P 】 a y ,L E DP a O lb e sm a aO y s P Cl e lf a , ur t e s u ha c sb i g b
比肚 bi a 肠 y ,I t O u ga g e ,苗 沙 p e r o f r 刃 n a ce n ,】 。 wc o s t ,幼d m o e i r u P o r t a 吐 h i g h
强度.
L E D 显示屏根据不同的分类标准,有许多种分类。根据显示屏显示的内容和性能来分,可分 为L E D图文显示屏, L E D图像显示屏。 图文显示屏的主要特征是只控制比D点阵中各发光器件的 通断( 发光和熄灭) , 而不控制L E D的发光强度。 图像显示屏是相对于图文显示屏而言, 既不仅控制 L E D的通断, 而且控制 L E D的发光强度,即实现灰度控制产生丰富的色彩。图 像显示技术的另一 问 题, 是所显示的图像是静止的还是运动的。 静止图像的显示。 在显示资料的 准备时间方面要求不 严, 只要能够反映画面的灰度就可以了。 对于动态图像的显示, 除了要求正确显示相应的灰度之外, 其图像的更新速度必须满足运动连续和无闪烁的要求, 这就是视屏L E D显示屏的要求。视屏 L E D 显示屏能够显示运动的、 清晰的、 全彩色的图 像。 相对于图文显示屏和静止图像显示屏而言, 对数 据的实时传输和时序的配合提出了更高的要求。 L E D显示屏系统框图如图 1 甲 2 注 ,对于显示资料量不大,且无灰度要求的图文显示屏,上下 位机之间的数据传输可采用串行异步通信方式, 上位机采用计算机, 下位机可采用单片机, 如MC S 1 5 系列的8 7 1。通信接口电平可根据需要采用 R 5 s一 2 2, 3 s一 R 2或R S 一 5 标准。 8 而视频显示屏由于 数据流量大, 变化速率快, 对数据处理速度的要求高, 所以 上位机的工作需要由 专用的硬件电路来 完成, 对下位机的要求也很高, 一般用嵌入式系统( 如A R M) 或硬件电路来完成, 通信采用R S 4 2 2 、
扮 u e 4 96 0 ta g y . 9 伪d e w 汕e q u -廿 i a m e he t or y,a dg n e sd t e 右 c i e 皿 d si e ns st y e ms p e e da . d d 贻 P 】 a ye 仿c l e n . A y c s a州 拐 u t l ,i tb d . 邵f or w rdan a w s e c em h eo f a l t e r bl a e6 .ea d n
表示了谢意 。
研究生签名 :
. 毕 一 协 肉 立攀日期:夕
东 南 大 学 学位论 文 使 用授 权声 明
东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档, 可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外, 允许论文被查阅和借阅,可 以公布 ( 包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布 ( 包括刊登) 授权东南大学研
夸 L Z L E D显示屏原理
人眼的亮度感觉不会因光源的消失而立即消失, 要有一个延迟时间, 这就是视觉惰性。视 觉惰性可以 理解为光线对人眼的作用、 传输、处理等过程都需要时间, 因 而使视觉具有一定的低通
特性。 实 验表明, 当 外界 光源突然消失时, 人眼的 亮度感 觉是按指数规律 逐渐减小的。 这样当一个
电 源反复通断, 在通断频率较低时, 人眼可以发现亮度的变化; 而通断频率增高时, 视觉就逐渐不 能发现相应的亮度变化了。 不至于引起闪烁感觉的最低反复通断频率, 称为临界闪烁频率。 通过实 验证明临界闪烁频率大约为 2 4 H z 。实际L E D屏的刷新频率要比2 4 1 七高的多,刷新频率越高,画 面质量越好。 视觉惰性可以说是L E D显示屏得以 广泛应用的基础。首先, 在L E D显示屏中 可以 利用视觉 惰性, 改善驱动电 路的设 计, 形成了目 前广为采用的扫描驱动方式。 扫描驱动方式的 优点在于L E D 显示屏不必对每个发光灯提供单独的 驱动电路, 而是若干个发光灯为一组共享一个驱动电路, 通过 扫描的方法。 使各组发光灯依次点亮, 只要扫描频率高于临界闪烁频率, 人眼看起来各组灯都在发 光。其次,图 像显示区别于图形显示,它不仅要显示出物体的 轮廓践 框) , 还要显示出画面各个部 分的深浅,即需要具有灰度级显示功能。 灰度级显示要求 】 王 D显示屏能控制各个发光灯管的发光
术的新技术展开讨论,为今后的动态全彩色 L E D显示屏具体实现打下坚实的理
论基础 。
关键词:L E D显示屏 同步控制系统 占空比 灰度 F p G A D i 脉冲 地 v
址映射和结构重组 伽玛矫正
东南大学硕士学位论文
A b s t r a c t L E DP ne a ls y s t e mg ai o sr a P dd i ve e OP l 皿n ti nt hed e s i g n ,ma n u ac f t u ea r nd
究生院办理 。
研究生签名:
导 师 签 名 : 建 二 里 - 日期 :
招傀 诵。
, 飞 力 。 举. 么 . 向
第一章
绪
论
第一章 绪
夸 L I L E D显示技术的应用和现状
论
比D 显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏。由于它具有发 光效率高、 使用寿命长、组态灵活、 色彩丰富以及对室内 外环境适应能力强等特点, 自2 0 世纪 8 0 年代后期开始,随着 L E D传 业 造技术的不断完善,在国内外得到了 广泛的应用。现代 社会是信息社会,对公众场合发布信息的需求日 益强烈,L E D显示屏的出现正好适应了这一市场 形式,因而在 L E D显示屏的设计制造和应用水平上都得到了 迅速的提高。 L E D显示屏经历了从单 色、 双色图文显示屏, 到图像显示屏。 随着高亮度蓝色L E D管和高亮度纯绿色L £ D的商品化,现 在全彩色视频显示屏技术也日 趋成熟。 L E D显示屏无论在器件的性能 ( 超高亮度比D显示器及蓝 色发 光灯等) 和系统组成 ( 计算机化的全动态显示系统) 等方面都取得了长足的进步, 至今已经形 成了 一个具有相当发展潜力的产业。
o b 切 i s 叨1 u 抚9 此a t P og r r侧 铝i nP a r sc t aP a b 访 t y UP S ( rh e i hb g r i g h t L E DP a n la e n db l u e
L E D ) nd a s y s t e mf o m( r c 。 m p u t e r 七 曰a ld y . a 而c d 坛 p 娜s yt e )・ m
和显示屏的亮度上存在的局限, 提出采用变长时间和消影时间相结合的方案实现 4 96级灰度的方案及实现,这是在提高硬件成本以获得成本, 0 速度和亮度的折
中。 在此基础上, 提出了用脉冲打散输出的方法改善 L ED 显示屏显示效果, 并探
讨了低帧频无闪烁 L D 全彩屏的实现方法;对一些可以提高 L E E D显示屏系统技
b l a kt n i me . l t a d d s b a 比w e c r a os ti no r sr d oh t a n . 0 川z e s ‘s o c P eda u db r i ht g ue ss -on
t 加s b se a ,i tP u t o f r . a r daP l u勿s a at c e r p u s l e oi t m P ve o r 山e d 七 p 】 ye a 布 c e t a n dt o
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