基于FPGA的全彩色大屏幕LED控制器设计

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基于FPGA的LED大屏幕显示控制器设计

基于FPGA的LED大屏幕显示控制器设计【摘要】描述了一个使用FPGA控制LED点阵屏幕的系统，该系统使用Verilog HDL编制代码，实现了LED屏幕的字符、图像显示与简单的动画效果，在Quartus II平台上通过了编译与仿真。

本系统稳定可靠，性能强。

【关键词】FPGA；LED点阵；动态显示1.引言LED显示技术相比于投影显示、液晶显示、激光显示等其他大屏幕显示技术，有其独特的优越性，例如：高亮度、宽可视角度以及可定制的屏幕外形等。

这些特点使得LED显示屏被广泛应用于工业、信息发布、体育比赛等各个领域。

当今市场上的LED显示系统，通常使用单片机作为主控芯片连接I/O扩展电路来控制LED显示屏。

但是，对于LED大屏幕显示屏来说，要求扫描速度快，而单片机内部的资源较少、运行速度较慢，在很多时候难于满足系统要求。

同时，也使产品的灵活性和稳定性受到一定程度的影响。

FPGA器件具有处理速度快，有大量的可编程逻辑单元和丰富的布线资源，在处理大流量数据应用时具有明显的优势，它的引脚资源丰富，可扩展性强。

因此，基于FPGA实现的大屏幕LED 显示成为目前的应用热点。

2.控制器的系统架构本系统使用的FPGA芯片是Altera公司Cyclone II系列的EP2C35。

该芯片具有33216个逻辑单元、322个引脚，是一个功能十分强大、内部资源十分丰富的高密度FPGA芯片。

系统使用Verilog HDL语言编制系统代码，实现了双色显示屏控制字符显示与简单动画。

本系统由FPGA系统板、74HC595组成的移位寄存器组两组、74HC138组成的行选择信号产生电路、三极管组成的驱动电路以及8块8×8双色点阵组成大屏幕显示单元组成，系统的具体结构如图1所示。

3.功能单元实现本系统的显示控制原理是采用动态行扫描显示，这也是本系统显示关键技术。

具体实施方法如下：首先通过移位寄存器组向显示模块的列端输出相应行的数据，然后使用译码电路点亮对应的行；根据扫描频率，再切换成下一行的数据，再点亮对应行。

基于FPGA的LED全彩显示屏控制系统设计

Ｏ引言
ＬＤ显示屏最早出现在１７Ｅ９０年代，着电子工业技术的发展和人民生活水平的提高，Ｅ随ＬＤ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。ＬＤ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ＤＩＶＡ和有线电视视频信号全彩ＬＤ显示屏作可Ｖ、ＧＥ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。
１１２ＦＧ．．ＰＡ配置程序存储器选择
ＦＧＰＡ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ＦＧ因此要一个稳ＰＡ，
定可靠的存储器存储ＦＧＰＡ配置程序。为此选择存储片Ｍ２Ｐ０，２Ｐ０为ＳＩ５８Ｍ５８Ｐ串行Ｆａｈ存储器，量ｌｓ容为６Ｋｉ具有先进的写保卫机制。Ｍ２Ｐ０在配置程序下装后写保护，保证ＦＧ４ｂｔ５８可ＰＡ每次上电被正确配置。
收稿日期：０１０ —５２１－２３
作者简介：李海富（９４）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的大屏幕LED点阵显示系统设计

基于FPGA的大屏幕LED点阵显示系统设计LED屏早在60年代就已出现，但直到90年代中期，才出现了全彩屏，该技术近年的价格已有了很大的降幅，分辨率也有了很大的改善。

对于视频来说，LED屏的低分辨率表现性能良好。

平常看到LED屏的分辨率与电脑显示器的分辨率是差不多的。

LED 彩色显示大屏是室外显示大屏中用的最多的，是公认的室外大型显示屏中最值得发展的产业，LED 屏以其高亮度、长使用寿命更胜一筹。

与LCD 相比，LED屏播放视频时的响应速度更快，亮度更高。

与电子发射显示器相比，LED制造更简单。

与OLED相比，LED技术更成熟。

总之，LED 显示以其得天独厚的优势占据了高分辨率视频显示市场。

本文设计的基于FPGA的大屏幕LED点阵显示系统处理数据更快、存储量更大。

一、接收卡控制系统的总体方案设计如图1所示，视频数据通过DVI 接口传给FPGA1，进行分辨率的切换和显示区域的选择以及信号的反伽码矫正，通过网络传输给接收卡的FPGA2，通过FPGA2 进行数据的缓存，灰度控制以及行扫描和列驱动功能。

接收卡接收的是DVI 传给FPGA1，经FPGA1 处理后的数据。

在FPGA2 内部还要进行数据处理，处理要达到的目标：（1）数据能在LED 屏幕上分区显示；（2）256 灰度级屏幕大小：256*800。

（一）灰度实现方案的选择采用专用驱动芯片BHL2000来控制LED显示点阵，其内部自动有灰度控制电路。

BHL2000是一块专门用于LED 扫描和驱动的高性能室外屏室内屏通用的专用集成电路。

BHL2000 芯片对LED 点阵的灰度采用占空比的调制方式并接受8 位并行灰度脉宽宽度与灰度数据值成正比，图像数据存储容量为32*16*8 比特，数据输入扫描与数据输出扫描独立，控制系统结构简单。

专用芯片与通用芯片相比有它独特的特点，专用驱动芯片内部有SRAM，输出时恒流控制。

LED 显示效果更好，灰度实现简单,容易控制,为以后的扩展使用打下良好的基础。

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的全彩显示屏设计

基于FPGA的全彩显示屏设计摘要:系统介绍了一种以FPGA可编程逻辑器件为设计平台的、采用大屏幕全彩LED显示屏进行全彩图像显示的扫描控制器实现方案。

阐述了系统各模块的工作原理及调试情况,给出了三色LED显示系统的仿真结果。

关键词:LED显示屏;FPGA;宽度脉冲调制随着现代信息和技术的发展,LED显示屏成为了一个比较重要的传播媒介。

不仅可以传播各种信息,在现代液晶电视技术上也采用LED技术。

LED显示屏从原来单色的显示屏发展到现在现在的三基色显示屏,为LED从原来的单纯显示文字发展到现在可以显示文字,图形,动画和视频提供了应用。

FPGA器件因其处理速度快,有大量的可编程逻辑单元和丰富的布线资源等特点,在处理大流量数据应用时具有独特的优势。

本文FPGA为目标芯片,根据模块化设计的思想,着重完成三基色LED系统的设计。

1 系统设计1.1 系统设计方案以FPGA作为主控制器,对三基色的LED显示屏进行控制。

FPGA控制器负责完成LED扫描方式的控制,PWM控制器的设定,移位寄存器的设置和与上位机进行通信。

系统设计如图1所示。

1.2 系统软件设计系统软件设计方面采用Verilog_HDL语言,以Quartuns II7.0为设计工具进行软件方面设计。

采用自顶向下的设计思路进行系统的设计,将整个系统分成几个模块进行设计,再采用顶层设计方法进行综合。

如图2所示。

2 系统硬件设计2.1 系统电源设计采用稳压电源的设计方法,进行5V, 3.3V的稳压电源的设计,为系统主控制器和驱动电路进行供电。

2.2 驱动控制器2.2.1 LED显示屏原理图文显示屏的颜色,有单色、双色和多色几种。

本系统根据实际应用环境采用的是三基色图文屏,对于双色图文屏和多色图文屏来说,在LED 点阵的每一个“点”上布置两个或多个不同颜色的LED 发光器件,对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。

显示的时候,各个颜色的显示点阵是分开控制的。

事先设计好各种颜色的显示数据,显示时分别送到各自的显示点阵,即可实现预期的效果。

基于FPGA的LED屏控制器设计

第３Ｏ卷
第５期
液晶与显示
ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓａｎｄＤｉｓｐｌａｙｓＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａ１ｏｆ
Ｖｏ１．３ＯＮＯ．５０ｃｔ．２Ｏｌ５
２０１５年１Ｏ月
控制系统的设计。通过ＳＰＩ通信协议发送数据，完成了６４ ×６４的ＬＥＤ屏的图形显示，从而验证了ＬＥＤ大屏幕的设计方法。本方案实现的显示控制系统方法，满足目前ＬＥＤ大屏幕区域显示和高速处理图像数据的要求，具有稳定性高、设
ＡｌｔｅｒａＤＥ］ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂｏａｒｄ．ＩｎｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＱｕａｒｔｕｓⅡ ，ａｈｉｅｒａｒｃｈｉ
ＨＤＬｌａｎｇｕａｇｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｅｓｔｗｅｒｅａｌｓｏｃｏｎｄｕｃｔｅｄｆｏｒｔｈｅｆｉｎａｌＦＰＧＡｃｏｎｔｒｏ１ｓｙｓｔｅｍ．Ｍｏｒｅｏ —
ＤｅｓｉｇｎｏｆＬＥＤｓｃｒｅｅｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ
ＸＩＡＪｉａｎ — ｘｉｏｎｇ，ＣＨＥＮＨａｉ — ｙａｎ

基于fpga的led彩屏控制解读

综合课程设计题目（中文）彩色LED控制器的设计姓名刘秋香学号2011180324院（系）工学院电子系专业、年级 2011级应用电子技术教育指导教师兰浩二○一五年一月摘要LED 显示屏是由发光二极管点阵模块组成的大屏幕显示系统，可以动态显示文字、图像和视频等信息，其使用寿命长，可靠性高，功耗低，亮度高，色彩丰富，已在工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等领域得到了广泛的应用。

本文的研究对象为全彩色 LED 点阵显示屏控制器，提出了一个基于 FPGA 的软件和硬件结合的控制器实现方案。

该控制器主要包括以太网接口模块、FPGA 控制模块、DDR 缓存模块和 LED 驱动电路模块。

上位机软件将信息源（文字、图像或视频）载入后将其通过网线发送到与其IP地址匹配的控制器。

控制器上的以太网芯片将数据以帧形式传送到FPGA控制模块，该模块对接收的数据帧进行解码，并对图像数据进行γ反校正与位分离重组。

DDR SDRAM 的作用是为 FPGA 缓存数据。

最终，待显示数据和控制信号被送到LED驱动电路，驱动 LED 屏进行显示。

FPGA控制模块的设计是LED显示屏控制器设计的核心内容，其功能模块有：灰度级产生模块、DDR读写控制模块、扫描与驱动控制模块和时钟模块。

灰度级产生模块用于产生 256 级灰度。

DDR读写控制模块包括读地址产生模块、写地址产生模块和读写控制模块。

读地址产生模块按照颜色和权重来产生读地址，写地址产生模块按照颜色数据来产生灰度数据的存储目的地址，读写控制模块控制 DDR 存储器的读写操作。

LED 扫描与驱动控制模块产生驱动控制信号并将图像数据送到驱动电路。

时钟模块为相关模块产生所需的时钟信号。

本文对全彩色 LED 点阵显示屏控制器的总体设计方案以及各模块的硬/软件设计进行了详细阐述，测试结果表明，该设计实现灵活，效果较好。

关键词：LED 显示屏，全彩色，FPGA，DDR读写，扫描目录摘要 (2)目录 (3)第 1 章绪论 (4)1.1 LED 显示屏系统概述 (4)1.1.1 LED 显示屏发展回顾 (4)1.2 FPGA 及开发工具介绍 (6)1.3 课题研究的目的、意义及主要研究内容 (8)第 2 章 LED 器件基本原理及相关知识介绍 (9)2.1 发光二级管特性 (9)2.2 LED 器件的驱动方式 (10)2.3 LED 显示板的信号接口 (14)第 3 章 LED 点阵显示屏控制器的软件设计 (16)第 4章总结与展望 (19)参考文献 (20)绪论1.1 LED 显示屏系统概述LED 显示屏由若干个发光二极管点阵模块所组成的显示屏幕，相对其它显示媒介，它的使用寿命更长、可靠性更高、环境适应能力更强、性价比更高，是现代社会中主流的平板显示产品，广泛应用于图像和视频显示领域[1]。

基于FPGA的LED大屏幕控制系统的设计与实现

基于FPGA的LED大屏幕控制系统的设计与实现相比于液晶显示、投影显示等其他大屏幕显示技术，LED 显示技术有其独特的优越性：高亮度、宽可视角度、丰富的色彩以及可定制的屏幕形状。

这些特点使得LED 显示屏被广泛应用于工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等各个领域。

LED 大屏幕控制系统是一个融合计算机控制技术、视频技术、光电子技术、通信技术的综合系统。

当前主流的LED 大屏幕控制系统多以FPGA 或FPGA 结合其他芯片为主控芯片。

目前LED 大屏幕正朝着显示面积更大、显示亮度更高、颜色更鲜艳的方向发展。

这些都给LED 大屏幕控制系统提出了新的挑战。

本文基于Altera 公司的低成本Cyclone II 系列芯片EP2CQ208C 设计了LED 大屏幕控制系统，在传统的SDRAM 缓存技术上，提出了优化的SDRAM 乒乓式缓存技术并详细阐述了反γ校正、颜色调节、灰度级调节等在FPGA 中的实现。

本系统最终实现了最大1 280 乘以1 024 分辨率、最低240 Hz 刷新率的超大LED 屏幕显示。

同时可以通过PC 机上软件对LED 屏幕进行亮度、对比度、灰度级等参数的灵活调节，得到更加细腻的显示画面。

1 系统结构本文所设计的LED 大屏幕控制系统结构如图1 所示，整个系统分为发送卡和接收卡两部分。

以Altera 公司的EP2CQ208C 作为主控芯片，DVI 数据解码选用了TI 公司的TFP201A(最高支持SXGA)，数据缓存选用了Samsung 的K4S643232C，千兆以太网芯片选用了Realtek 公司的RTL8212（双端口千兆物理层芯片）。

本系统的数据流分为控制数据和显示数据。

控制数据由PC 机上的软件发出，发送卡的FPGA 接收控制数据，判定是控制发送卡还是控制接收卡的数据，如果是控制接收卡，则通过千兆网络将数据发送至接收卡。

TFP201A 从DVI 接。

基于FPGA的LED视频显示控制系统的设计

基于FPGA的LED视频显示控制系统的设计一、引言随着科技的发展，LED显示屏已经成为现代社会中广泛应用的一种数字显示设备。

例如，在户外广告牌、舞台表演、体育场馆等场所，都可以看到大规模的LED显示屏。

为了控制这些较大的显示屏，我们需要设计一种高效、可靠且灵活的LED视频显示控制系统。

本文将介绍基于FPGA（现场可编程门阵列）的LED视频显示控制系统的设计。

二、设计原理1.FPGA介绍FPGA是一种可编程逻辑器件，可以根据需要重新配置其内部电路以实现不同的功能。

因此，FPGA非常适合用于设计复杂的电子系统，如LED视频显示控制系统。

2.LED显示屏接口LED显示屏通常使用多个LED模块组成，每个模块可以包含多个LED点阵或单个LED灯。

我们需要设计一个接口电路，将FPGA的输出信号转换为适合驱动LED显示屏的电平和信号格式。

3.显示图像处理FPGA可以通过内部逻辑电路对输入的图像进行处理，例如调整亮度、对比度、色彩等参数。

此外，FPGA还可以实现基础的图像处理算法，如边缘检测、模糊效果等。

4.显示图像存储由于FPGA的存储器容量有限，无法存储大量的图像数据。

因此，我们需要使用外部存储器（如SD卡或闪存）来存储显示图像数据。

FPGA可以通过读取外部存储器中的图像数据，并逐帧地发送给LED显示屏。

5.显示控制LED视频显示控制系统还需要实现一些功能，如显示区域的选择、切换显示图像、控制亮度和对比度等。

这些功能可以通过FPGA的输入接口（如按键或触摸屏）实现，并通过FPGA的输出接口（如PWM或DAC）控制LED显示屏。

三、系统结构基于上述设计原理，我们可以设计如下的基于FPGA的LED视频显示控制系统结构：1.输入模块：包括外部输入接口和控制逻辑，用于接收外部输入信号（如按键或触摸屏输入），并实现相应的功能控制。

2.图像处理模块：包括图像处理逻辑和存储控制模块。

图像处理逻辑用于对输入的图像进行处理，如调整亮度、对比度等。

基于FPGA的大型LED显示屏系统设

基于FPGA的大型LED显示屏系统设
随着平板显示技术的不断更新，大型LED显示系统利用发光二极管
构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏，主要显示字符、图像等信息，具有低功耗、低成本、高亮度、长寿命、宽视角等优点。

近年来广泛应用在
证券交易所、车站机场、体育场馆、道路交通、广告媒体等场所。

通常用单一单片机作为主控器件控制和协调大屏幕显示。

由多片单片机构成的多处理器系统，其中一片作为主CPU,其他作为子CPU共同控制大
屏幕的显示，该系统可以减轻主CPU 的负担，提高了LED点阵的刷新频率。

但单片机的驱动频率有限，无法驱动等分辨率LED屏幕，尤其是对于多灰度级彩色大屏幕，数据送到显示屏之前要进行灰度调制重现图像的色彩，对数
据的处理速度要求更高，单片机控制在速度上无法满足上述要求。

因此该方
案主要应用于实时性要求不高的场合，主要进行一些文字、图片等静态异步
显示的控制。

视频图像信号频率高、数据量大，要求实时处理，采用
FPGA/CPLD设计控制电路，其中的同步控制、主从控制、读写控制和灰度
调制等大量电路进行了集成，简化系统结构，便于调试且系统结构紧凑，工
作可靠。

与单片机控制电路相比，电路结构明显简洁，电路的面积减小，可
靠性增强，调试也更为简单，由于FPGA/CPLD可以并行处理多个进程，比
起单片机对任务的顺序处理效率更高，点阵的刷新频率也随之提高。

基于FPGA的LED大屏幕控制系统设计

说，于数据传输量大，求扫描速度快，单片机内部的由要而资源较少、行速度较慢，于满足系统要求］以运难。
ＦＧＡ口作为控制器，方面，ＰＰ一ＦＧＡ采用软件编程实现硬件功能，度较快；一方面，的引脚资源丰富，扩展速另它可性强。因此，单片ＦＧＡ和简单的外围电路就可以实用Ｐ
责接收和存储上位机ＬＥＤ点阵数据，ＰＦＧＡ控制器完成显示数据的转换、态扫描并驱动大屏幕Ｌ动ＥＤ显示屏。ＦＧＡＰ
控制器由ＶＨＤＬ语言编程实现，在ＱｕｒｕＩ并ａｔｓＩ中仿真测试通过。整个系统外围电路简单，于扩展。易关键词：ＦＧＡ；Ｄ；ＰＬＥ大屏幕；制系统控
ｔｍｓｄｏｎＭＣＵｎｄＦＰＧＡ．ＴｈｅＭＣＵｙｔｍｅｅｖｅｎｔｒｓｔｅｂａｅａｓｓｅｒｃｉｓａｄｓｏｅｈｅＬＥＤｏｔｍａｒｘｄａａｆｏｍｈｏｓｏｍｐｅ．ＦＰＧＡｏｒｌｒｄｔｉｔｒｔｅｈｔｃｕｔｒｃｎｔｏｌｅｐｅｆｒｓｔｅｃｎｖｒｉｎｆｄｉｐａａａａｎａｉｃｎｎｒｖｓｔｒｏｍｈｏｅｓｏｏｓｌｙｄｔｎｄｄｙｍｃｓａｓａｄｄｉｅｈｅＬＥＤａｇｅｄｓａＦＰＧＡｏｎｒｌｅｓｐｒｒｍｍｅｎＶＨＤＬｌｒｉｐｌｙ．ｃｔｏｌｒｉｏｇａｄｉ

FPGA为设计平台的全彩led显示屏设计方案

FPGA为设计平台的全彩led显示屏设计方案介绍了一种以FPGA 可编程逻辑器件为设计平台的、采用大屏幕全彩led 显示屏进行全彩灰度图像显示的扫描控制器实现方案。

经过对“19场扫描”理论灰度实现原理的分析，针对采用该方法实现的全彩LED 显示屏刷新频率受串行移位时钟限制的缺点，提出了一种新式的实现高阶灰度显示的逐位点亮控制方法，在进行FPGA 电路设计中采用单独的计数器来控制屏幕的刷新频率，使全彩LED 显示屏的设计在L ED 的发光效率和刷新率之间的调整更加灵活。

最后，根据大屏幕全彩LED 显示屏的设计要求，结合本文讨论的灰度控制方法，给出了FPGA 屏体扫描控制器的内部电路实现结构框架。

1 、引言作为大型平板显示设备的一种，LED 显示屏以其使用寿命长、维护费用低、功耗低等特点在显示领域占有重要的位置。

特别在近年，带有红、绿、蓝三基色以及灰度显示效果的全彩LED 显示屏，以其丰富多彩的显示效果而倍受业界关注，成为LED 显示屏市场近年增长幅度比较大的产品。

寿命、单位面积亮度、三基色的偏差程度、点距、对比度、灰度等级(包括灰度级数和线性度) 、扫描频率等指标性能是衡量或横向比较大型显示设备好坏的标准。

而这些指标性能的优劣，很大程度上决定于扫描控制器的性能。

因此对大屏幕全彩LED 显示扫描控制方法的研究有着重要的意义。

由于LED 的发光亮度与扫描周期内的发光时间近似成正比，所以灰度等级的实现通常是由控制LED的发光时间与扫描周期的比值，即采用调节占空比来实现的。

全彩LED 显示屏一般采用逐位点亮的扫描方式实现灰度图像显示。

对于显示灰度级数为8 位的LED 显示屏，一般采用“19场扫描”原理来实现256 级灰度显示。

L ED 显示屏的显示数据更新一般采用串行输出方式，如采用595 进行设计的静态LED 全彩显示屏，根据“19场扫描”原理，对于分辨率等规格确定的屏体，当。

基于FPGA的大型LED显示屏系统设计

基于FPGA的大型LED显示屏系统设计随着平板显示技术的不断更新，大型LED 显示系统利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏，主要显示字符、通常用单一单片机作为主控器件控制和协调大屏幕显示。

由多片单片机构成的多处理器系统，其中一片作为主CPU,其他作为子CPU 共同控制大屏幕的显示，该系统可以减轻主CPU 的负担，提高了LED 点阵的刷新频率。

但单片机的驱动频率有限，无法驱动等分辨率LED 屏幕，尤其是对于多灰度级彩色大屏幕，数据送到显示屏之前要进行灰度调制重现对实时性要求较高、数据量较大的场合下，可编程逻辑器件是首选的核心数据处理器。

本系统考虑对于传输视频数据大小和驱动LED 大屏幕刷新频率的要求，LED 发送卡、接收卡均采用FPGA 作为核心处理器，笔者选择Xilinx 公司基于90nm 工艺制造的XC3S250E-FTG256,内有25 万逻辑门，最高频率可以达到600MHz,完全可以满足系统速度的要求在系统中作为扫描控制单元，同时以MCU 芯片为主控制单元。

采用该方案可以有效简化显示屏的电路结构，从而提高了整个控制系统的灵活性和可靠性。

1 系统的组成和工作原理该系统采用89C51 单片机和SDRAM 组成控制中心，由基于Xilinx 公司的FPGA 的90nm 工艺制造的XC3S250E-FTG256 和RAM 组成扫描控制模块，以FLASH 作为存储器模块，采用以太网传输数据，组成LED 屏的控制系统。

系统结构如2 硬件系统设计2.1 存储器电路设计本系统中需要用2 片RAM 芯片作为缓存来存储视频数据，并以乒乓方式进行快速读写操作。

目前主要有动态存储器（DRAM）和静态存储器（SRAM），SRAM 的读写时间短，静态功耗比较低，总线利用率高，它不需。

基于FPGA的大屏幕LED控制器的研究与设计

基于FPGA的大屏幕LED控制器的研究与设计摘要本文设计了一种基于FPGA的大屏幕LED控制器，PC通过串口将显示的数据传送到FPGA的内部，在内部使用RAM模块进行存储，内部通过控制模块将数据输出，通过电源转化芯片74HC245，将3.3V的电压转化为5V，与外部显示模块连接。

采用verilog语言进行设计，在ALTERA EP2C35的综合主频达到160.6Mhz。

关键词LED控制器；串口；显示模块The Research and Design of LED Controller Based on FPGADONG Yun-yunYantai Nanshan University，Yantai 265713，Shandong Province，ChinaAbstract In this paper design a LED Display Screen controller based on FPGA. The PC send the data to FPGA with serial interface, and the data is store in the RAM of FPGA. The internal module controll the data and make it display in the LED screen. 74HC245 converted the IO volte from 3.3V to 5V and the pin can connect with the display module finally. The design in FPGA is discripted with verilog, and the max frequency is 160.06 Mhz which is synthesized on Altera EP2C35.Keywords LED controller；Serial interface；Display module0 引言现在大屏幕LED显示系统已被广泛应用与各个领域，LED显示屏的应用已经比较普遍,而且随着应用的普及,更多新式的LED 显示屏会应用在更多的场合,所以研究大屏幕LED的显示很有实际意义。

一种基于FPGA控制全彩大屏幕显示的设计

一种基于FPGA控制全彩大屏幕显示的设计随着数字技术的飞速发展，各种数字显示屏也随即涌现出来有LED、LCD、DLP 等，各种数字大屏幕的控制系统多种多样，有用ARM+FPGA 脱机控制系统，也有用PC+DVI 接口解码芯片+FPGA 芯片联机控制系统，在这里我们讲述一种不仅可以用于控制全彩LED 大屏幕的显示，而且还可以作为发送端输出高清图像数据。

采用的联机控制系统对全彩LED 大屏幕进行控制。

即PC+DVI 接口解码芯片+FPGA 芯片+输出接口模式的联机控制系统。

DVI 接口概述DVI 全称为Digital Visual Interface，它是基于TMDS（Transition Minimized Differential Signaling，最小化传输差分信号）电子协议作为基本电气连接。

TMDS 是一种微分信号机制，可以将像素数据编码，并通过串行连接传递。

显卡产生的数字信号由发送器按照TMDS 协议编码后通过TMDS 通道发送给接收器，经过解码送给数字显示设备。

目前的DVI 接口分为两种，一个是DVI-D 接口，只能接收数字信号，接口上只有3 排8 列共24 个针脚，其中右上角的一个针脚为空，不兼容模拟信号。

另外一种则是DVI-I 接口，可同时兼容模拟和数字信号。

兼容模拟幸好并不意味着模拟信号的D-Sub 接口可以连接在DVI-I 接口上，而是必须通过一个转换接头才能使用，一般采用这种接口的显卡都会带有相关的转换接头。

本文叙述中用到的接口是DVI-D 全数据接口。

FPGA 控制全彩LED 大屏幕系统原理1 DVI 解码芯片控制原理。

基于FPGA的全彩色大屏幕LED控制器设计

基于FPGA的全彩色大屏幕LED控制器设计
陈雁;安建平;徐绍剑
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2007(030)006
【摘要】LED全彩色大屏幕显示屏的市场呈迅速上升的趋势,但是目前LED控制器的灰度级和分辨率还不够理想.文章阐述了一种基于FPGA的全彩色LED控制器(红绿蓝三种基色的灰度级各12 bit,128*128像素)的设计,并通过控制器阵列方式实现了分辨率高达1024*768的全彩色超大屏LED显示屏.实验测试结果表明,该控制器色彩分辨细腻、结构简单紧凑、可靠性高、可扩展性好等优点.
【总页数】4页(P2155-2158)
【作者】陈雁;安建平;徐绍剑
【作者单位】北京理工大学电子工程系,北京,100081;北京理工大学电子工程系,北京,100081;中国科学院电子学研究所,北京,100080
【正文语种】中文
【中图分类】TN27
【相关文献】
1.基于FPGA的LED大屏幕显示控制器设计 [J], 孙涛;鲁亚松;米国鑫;饶品涛;戴澜
2.基于TLC5941的全彩色LED大屏幕驱动设计 [J], 刘睿;王晓东
3.基于FPGA的LED大屏幕控制系统设计 [J], 赖义汉;张卫平;傅智河
4.基于FPGA的大屏幕全彩LED扫描控制器设计 [J], 梁志明;李斌
5.基于FPGA的大屏幕LED控制器的研究与设计 [J], 董云云
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基于FPGA的大屏幕全彩LED扫描控制器设计

基于FPGA的大屏幕全彩LED扫描控制器设计
梁志明;李斌
【期刊名称】《液晶与显示》
【年(卷),期】2007(022)004
【摘要】介绍了一种以FPGA可编程逻辑器件为设计平台的、采用大屏幕全彩LED显示屏进行全彩灰度图像显示的扫描控制器实现方案.经过对"19场扫描"理论灰度实现原理的分析,针对采用该方法实现的全彩LED显示屏刷新频率受串行移位时钟限制的缺点,提出了一种新式的实现高阶灰度显示的逐位点亮控制方法,在进行FPGA电路设计中采用单独的计数器来控制屏幕的刷新频率,使全彩LED显示屏的设计在LED的发光效率和刷新率之间的调整更加灵活.最后,根据大屏幕全彩LED 显示屏的设计要求,结合本文讨论的灰度控制方法,给出了FPGA屏体扫描控制器的内部电路实现结构框架.
【总页数】5页(P477-481)
【作者】梁志明;李斌
【作者单位】华南理工大学,物理科学与技术学院微电子系,广东,广州,510640;华南理工大学,物理科学与技术学院微电子系,广东,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TN27
【相关文献】
1.基于FPGA的全彩色大屏幕LED控制器设计 [J], 陈雁;安建平;徐绍剑
2.基于FPGA的LED大屏幕显示控制器设计 [J], 孙涛;鲁亚松;米国鑫;饶品涛;戴澜
3.一种基于FPGA控制全彩大屏幕显示的设计 [J], 葛建新
4.基于TLC5941的全彩色LED大屏幕驱动设计 [J], 刘睿;王晓东
5.基于FPGA的大屏幕LED控制器的研究与设计 [J], 董云云
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字、图像、行情等各种信息以及电机、录像信号的显
示屏幕．它能胜任各种场合实时性、多样性、动态性
的信息发布任务川．全彩色ＬＥＤ屏是指每种基色的灰度级大于１０ｂｉ少〕，能显示１０．７Ｇ色以上（本方案
中Ｒ，Ｇ，Ｂ三基色各使用１２ｂｉｔ的灰度级，共能显示
图３控制器主存储器分配图
功耗的传输［４〕．Ａｌｔｅｒａ公司的Ｃｙｃｌｏｎｅｌｌ系列ＦＰ－
ＧＡ可以方便地通过１０配置获得ＬＶＤＳ的能力．帧头由４个字节的同步头＋数据当前行号＋ＩＤ号组成．由于图像的连续像素值的相关性比较高，因此使用伪随机码作为同步头，其同步性能比较可靠．
万方数据
２１５６
电
子
器
件
第３０卷
制信号更新屏体显示内容［］．ｓ表１介绍了ＬＥＤ屏的
接口信号及功能．
表ＩＬＥＤ显示屏接口伯号
符号
Ａ，Ｂ，Ｃ
ＣＬＫ
当前行号用于控制器判断是否出现丢帧，并根据当
前的行号决定当前数据的存储地址．
第３０卷第６期２００７年１２月
电子器件
」ｅｃｌｔｏ ’ ｎｌ入生们ＣｅｓＣ加。巴犯Ｊｏｕｒｌ劝ｌｏｆＥ
Ｖｏｌ．３ＯＮｏ．６１犯ｃ．２００７
ＤｅｓｉｎｏｇｆＦｕｌｌ一Ｃｏｌｏ卜Ｌ
Ａ加ｔ献ｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｏｖｅｌｄｅｓｉｇｎｏｆａｆｕｌｌ一ｃｏｌｏｒｕｌｔｒａ一ｈｕｇ－ｅｓｃｒｅｅｎＬＥＤｄｉｓｐｌａｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓｗｉｔｈｇａｍｍａａｊｕｄｓｔｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅ，ｉｎｔｅｒｌａｃｅｒｍｏｄｕｌｅ，ｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｏｕｔｐｕｔｏｄｍｕｌｅｎｄａｏｔｈｅｒｓｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ．Ｉｔｈａｓｌ２８关１２８ｐｉｘｅｌｓａｎｄｌＺｂｉｔｇｒａｙｌｅｖｅｌｓｉｎｒｅｄ，ｇｒｅｅｎａｎｄｂｌｕｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｉｔｃａｎａｐＰｒｏａｃｈａｆｕｌ卜ｃｏｌｏｒ，１０２４二７６８一ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｆｉｅｌｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙＬＥＤｄｉｓｐｌａｙｕｓｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ－
ｔ飞碑
关健词：ＬＤ显Ｅ示屏；全彩色；ＦｐＧＡ控制器阵列
中图分类号：ＴＮ２７
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文献标识码：Ａ
文章编号：１。。５一，４，。（０２ｏ７）。６一２１５５一。
ｌｅｒｓａｒｒａ扒ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓＰｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｍｅｒｉｔｓｏｆｆｉｎｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｓｉｍＰｌｅａｎｄｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｕｃ－
如果图１所示．
０￣１２７
数据
接收
行数据
翼日豁澎
｝｛！燮
图ＺＬＥＤ控制器结构图
８９卜１０２３
行数据
控制器主要有数据接收、ｇｍａａ校正和交织、扫描控制输出以及总线调度和ＳＤＲＡＭ控制等四
部分．
图１超大屏幕ＬＥＤ屏拉制器阵列
将一个１０２４，７８分辨率的画面分解成图１６所示的４８个控制器来实现，则每个控制器的控制面积为１２８，１８．２这样，每个控制器的灰度和亮度很好，场扫描频率也适当，再通过控制器阵列的形式，实现大的控制面积，即可实现颜色细腻的全彩色超大屏幕的ＬＥＤ显示控制器．首先由数据源端对数据进行存储分发处理．将一场数据进行缓存，然后将该场数据分成８组，每组１２８行．每行数据作为一帧，加人特定的帧头之后开始发送．每组信号共有４路，分别是源同步时钟和Ｒ，Ｇ，Ｂ三基色的串行数据，以ＬＶＤＳ（ｏｗＶＬｏｌｔｇｅａＤｉｆｅｆｒｅｎｔｉａｌｓｉｇｎａｌ，低电压差分信号）的形式传输．ＬＶＤＳ采用差分方式传送数据，有比单端传输更强的共模噪声抑制能力，可以实现长距离、高速率和低
ＥＥＡＣＣ：７２６０
基于ＦＰＧＡ的全彩色大屏幕ＬＥＤ控制器设计
陈雁‘ ’ ，安建平‘ ，徐绍剑２
０００８１．北１京理工大学电子工程系北京１
气２．中国科学院电子学研究所北京
１０００８０
，）
摘要：ＬＥＤ全彩色大屏幕显示屏的市场呈迅速上升的趋势，但是目前ＬＥＤ控制器的灰度级和分辨率还不够理想．文章阐述了一种基于ＦＰＧＡ的全彩色ＬＥＤ控制器（红绿蓝三种基色的灰度级各１２ｂｉｔ，１２８＊１８像素）２的设计，并通过控制器阵列方式实现了分辨率高达１０２４二７８的全彩色超大屏Ｌ６Ｄ显示屏．Ｅ实验测试结果表明，该控制器色彩分辨细腻、结构简单紧凑、可靠性高、可扩展性好等优点．
２超大屏幕ＬＥＤ的实现
ＬＥＤ的主要性能指标有场扫描频率、分辨率、
灰度级和亮度等．分辨率是指的控制器能控制的
３全彩色ＬＥＤ控制器
全彩色ＬＥＤ控制器负责接收、转换和处理各种外部信号，以一定的规律和方式将信号传送到ＬＥＤ显示屏上显示．控制器直接决定了显示屏的显示效果，也决定了ＬＥＤ显示屏性能的优劣困．控制器的
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ一ｅｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）显示屏是申发光二
极管阵列构成，通过一定的控制方式，用子显示文
１全彩色ＬＥＤ显示屏原理
当前在ＬＥＤ业内，ＬＥＤ的屏体设计和扫描控制电路设计已经逐渐分离．但是作为控制器的控制对象，对显示屏原理的了解也是必不可少的．三基色１８扫描Ｌ／ＥＤ显示模块将８行ＬＥＤ（每个像素点由Ｒ，Ｇ，Ｂ三个ＬＥＤ管构成）组成一组，采用扫描方式，通过设置行选通信号将每组中各行ＬＥＤ点亮．驱动模块的数据接口（Ｒ，Ｇ，Ｂ三路并行进人）采用串行方式，内部设置串行、并行两组寄存器，通过移位时钟将数据串行输人模块，通过锁存信号将串行数据存人并行寄存器，同时通过显示控
ＳｃｒｅｅｎＬＥＤＣ０ｎｔｏｌｒｌｅｒＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ
ＣＨＥＮ介ｎ “，ＡＮＪ亡ａ珍Ｐ￡鳍‘ ，ＸＵ吕吞口ｊｉ－ｏａｎＺ
产ＤｅａＰ ” ｎｅｍ ‘ ” ｆＩＥ￣ｃｉｓｎＥ诫￣，ｅＢ咖９加ｉｔ “ ｅｔｆｏ升认如鲡，ｅＢ咖９ ‘ 。。。８ ‘ ’ 以 ‘ 一 ’ ）、２．ｎｊＩｔｉｔｕｅｏｔｆ石汉曰，阴ｉｓ，ｃ（汤忿九亡 “Ａｃａｄ动王夕。ｆＳＣｉ曰王ｓ，ｅｃ及ｉｊｉ月９１００８０，以泣加
图中ＡＢ分给写人用，ＣＤＥ分给读出用，ＡＢ均可用于校正的读出，而ＣＤＥ均可作为交织的写入．本方案采用完全动态的内存分配机制．即每个模块请求的时候，如果不是同一场数据，则可以分配到一块新的内存，而一旦该内存的数据不再有效，则
名称功能
行选择移位时钟
ＤＲ，ＤＧ，ＤＢ
ＬＡＴＣＨＤＩＳＰ
数据数据锁存
显示
译码后选通某行上升沿有效三基色数据将申人数据锁住有效时点亮ＬＥＤ
ＩＤ号则是不同控制器截取某行中不同列数的标准．数据在源端分发时ＩＤ为零，控制器根据接收到的当前ＩＤ号，截取每行中第１２８二ＩＤ￣１２８＊（ＩＤ十１）一１列的数据，同时将ＩＤ号加１，其他数据原样输出，送给下一级控制器．这样的控制方法比常用的拨码开关法更加灵活可靠．
２．ＩＳＤＲ闯Ｍ及其控制器为了方便各模块间的接口，有利于不同时钟域的数据同步，本系统的存储器采用两级存储模式，即ＳＤＲＡＭ作为主存储器，而各模块也有相应ＦＩＦＯ或ＤＰＲＡＭ作为Ｃｃａｈｅ（高速缓冲存储器）．由于数据输人场频与ＬＥＤ扫描场频通常不能成整数倍关系，可能出现输人一场数据结束，该场数据的处理结果（ｇａｎｕ刀ａ校正和交织后）需要写人ＳＤＲＡＭ，而扫描一场没有结束，正在读的区域不能覆盖，而上一场得数据还没有显示也不能覆盖，因此交织地写人（即扫描的读出）需要开辟三块分区．如图３所示．