邮局订阅号:82-946360元/年技术创新PLDCPLDFPGA应用《PLC技术应用200例》您的论文得到两院院士关注基于FPGA的LED显示控制系统的设计和实现DesignandImplementationofLEDDisplayControlSystemBasedonFPGA(南京工业大学帅仁俊张齐SHUIRen-junZHANGQi摘要:本文描述了一个基于可编程逻辑器件的全彩LED显示系统的设计的过程,这个系统能够基于硬件产生LED更多颜色灰度。详细分析了其工作原理,并依据其原理,设计出了基于FPGA的控制电路。关键词:LED显示屏;可编程逻辑器件;控制系统中图分类号:TN27;TN312+.8文献标识码:AAbstract:ThisarticlediscussedthedesigningprocessofLEDdisplaycontrolsystem.Thesystemforgeneratingmoreshadesoffull-colorsfromtheLEDsbasedonhard-wareisdescribed.Inthispaper,theworkingprincipleisanalyzedindetailandaccordingastheprincipletothecontrollingcircuitbasedonFPGA.Keywords:LEDdisplayscreen;FPGA;controlsystem文章编号:1008-0570(200909-2-0133-031引言LED的发展已过了几十年了,它现在的技术也相当成熟了。它有很宽的可视角,并且能够显示图像、数字、视频,还能够通过红绿篮三种LED组合成任一颜色系统,但是不推荐在小显示屏上显示视频。典型应用是在商场、高速公路、大型体育场和白天日照下的舞台。我们都知道,由PN结构成的LED需要用直流电源驱动发出其颜色,改变通过PN结上的电流达到显示颜色亮度的变化。每个显示板上的LED都是被恒流源产生的可控电流单独直接控制,虽然一个LED颜色灰度容易产生,但是大量LED组成的LED显示屏就需要一个非常复杂的控制系统来控制。本文的目的是实现这个基于FPGA的具有高刷新率的全彩LED显示控制系统。本文介绍了LED显示系统中三基色发光管同时产生灰度的工作原理,也描述了基于FPGA的LED显示系统模型在细节上的实现。2LED显示面板的工作原理根据驱动LED的工作原理LED显示屏有静态、虚拟、扫描之分,那么对应的LED显示控制系统也不同。本文介绍的是适合扫描屏的LED控制系统。目前,许多LED显示面阵板是利用8*8的LED矩阵块拼接起来,这有益于PCB的设计和节省空间,在本文的研究中就是使用这样的LED面阵板。如图1所示,由8块8*8的矩阵块组成,三色LED点阵利用每行的阴极作为公共端,行的选通是通过3-8译码器驱动NPN三极管来控制的,并且任一时刻只有一行被Ri选通;每列有3路输入信号Rc、Gc、Bc分别单独控制每列的红、绿、蓝LED,每种颜色有8个8位移位寄存器(74HC595提供恒流去控制列。为了便于读图,在图中没画出LED和驱动芯片间的限流电阻。图1LED显示面板驱动模块图很明显,能得到的颜色值仅仅是红、绿、蓝三种颜色组成的,颜色灰度实际上是依靠改变颜色亮度值产生的,颜色亮度的控制是通过驱动LED像素点在一周期内总的导通时间来决定的。为了产生颜色灰度需要对LED像素值进行重新分配,这需要在控制系统里实现对同一位面的数据进行组合,然后发送到LED面阵板。3基于可编程逻辑器件的LED显示控制器图2LED显示控制系统结构图LED显示屏为了获得更高的亮度等级,显示控制器必须能够在一个可接受的周期内刷新整个LED屏,如果这个不能达到,闪变效应就会影响观众。微处理器和微控制器在普通的控制方面是很强的芯片,但是它不太适合控制带合适亮度等级和高刷新率的LED显示屏。所以使用基于可编程逻辑器件的控制器来帅仁俊:研究所所长副教授133--技术创新《微计算机信息》(嵌入式与SOC2009年第25卷第9-2期360元/年邮局订阅号:82-946《现场总线技术应用200例》PLDCPLDFPGA应用实现是一个很好的选择。如图2所示的结构,LED显示控制由器由LEDINTER-FACE、BUFFERUPDATA和VIDEORAM模块组成。LEDIN-TERFACE和BUFFERUPDATA两个模块共用一个SRAM存储器,它类似于一双通道存储器。以下几个部分详细说明这几个模块。3.1LEDINTERFACE模块图3LEDINTERFACE模块的状态图LEDINTERFACE模块是负责控制图1所示的LED点阵的颜色显示,如图3所示为LEDINTERFACE模块的状态机的状态图。它能够很方便的表现状态转换和数据流动,最重要的是一个状态图能够简单的修改成VHDL程序。从这图中看出,LEDINTERFACE模块的初始化状态是INIT_SIGNALS,它初始化所有涉及到LED显示屏上的信号...