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基于FPGA全彩LED显示屏的扫描控制器设计

导读: 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。

  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L ED 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,当串行移位时钟确定时,显示屏的刷新频率和LED 的发光效率(一个扫描周期内,LED的最长点亮时间所占的比例) 也就被确定。本文提出了一种新的逐位点亮扫描方式,该方式对典型的“19场扫描”方式进行了改进,可以在串行移位时钟确定的条件下,在一定范围内对刷新率和发光效率进行调节,从而提高了产品根据实际的应用环境和客户要求进行设计的灵活性。

  2 、逐位点亮的灰度实现算法设计

  以8 位“19场扫描”理论为例,所谓逐位点亮,即从一个字节数据中依次从低位到高位或者从高位到低位提取出一位数据,分8 次点亮对应的像素,每一位对应的点亮时间与关断时间的占空比不同。如果点亮时间从低位到高位依次倍增,则合成的点亮时间将会有256 种组合。定义D0 位对应的点亮时间加上关断时间为一个时间单位,设为T ,可得表1 所示各位的点亮与关断时间。

  表1  “19场扫描”显示时各位的点亮与关断时间

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