基于CPLD的LED大屏幕視頻控制系統(tǒng)

也可以取顯示基本時(shí)間單位td為h/32或h/8,經(jīng)計(jì)算得256級(jí)灰度td與幀頻F的關(guān)系如圖2所示,td與LED屏體顯示效率η的關(guān)系如圖3所示。

設(shè)計(jì)中考慮到幀頻與LED屏體顯示效率的折中,采用td=h/16,即存儲(chǔ)器讀出速率等于1/2數(shù)據(jù)輸入速率,顯示基本時(shí)間單位為1/16 倍行周期。灰度掃描通過(guò)對(duì)灰度數(shù)據(jù)按位分時(shí)顯示的方法實(shí)現(xiàn),即計(jì)算機(jī)屏幕圖像以每像素24bit輸出(紅、綠、藍(lán)各8bit)時(shí),通過(guò)給每種顏色8bit 字節(jié)的不同位分配不同的顯示時(shí)間達(dá)到灰度顯示的目的。比如,最低位(第8位)對(duì)應(yīng)1/16行顯示時(shí)間,第7位對(duì)應(yīng)1/8行顯示時(shí)間,…,第2位對(duì)應(yīng)4行顯示時(shí)間,最高位對(duì)應(yīng)8行顯示時(shí)間。屏體數(shù)據(jù)更新時(shí)間以行周期為單位,最低位對(duì)應(yīng)更新時(shí)間為1行時(shí)間,其中顯示1/16行時(shí)間,其余15/16行時(shí)間里,由控制電路產(chǎn)生消隱信號(hào)進(jìn)行消隱,其余位類(lèi)同。

3.2 視頻控制器單元設(shè)計(jì)

根據(jù)上述256級(jí)灰度視頻數(shù)據(jù)灰度掃描的原理設(shè)計(jì)了256級(jí)灰度視頻控制器,原理(單個(gè)顏色通道)如圖4所示。

按功能來(lái)分,設(shè)計(jì)的視頻控制器單元可以分為四個(gè)部分:控制單元、存儲(chǔ)器單元(SRAM)、數(shù)據(jù)緩沖器和接口單元。視頻控制器單元的核心是存儲(chǔ)器單元,計(jì)算機(jī)屏幕上每128行數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)器單元,顯示屏所要實(shí)時(shí)顯示的內(nèi)容(即計(jì)算機(jī)屏幕圖像數(shù)據(jù))都存放在存儲(chǔ)器單元中?？刂茊卧a(chǎn)生存儲(chǔ)器單元的地址信號(hào)和分時(shí)選通控制信號(hào)及灰度掃描控制信號(hào)如掃描地址信號(hào)、消隱、移位、鎖存脈沖等。數(shù)據(jù)緩沖器用于實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)(輸出輸入)緩沖。接口單元用于產(chǎn)生符合顯示屏驅(qū)動(dòng)電路接口格式的信號(hào)。當(dāng)一個(gè)幀存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí),另一個(gè)幀存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描讀出,這樣兩組存儲(chǔ)器可以分別交替工作于視頻數(shù)據(jù)高速掃描和高速寫(xiě)入兩種方式,因而可以提高數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的速率和顯示屏的幀頻,播放出來(lái)的圖像更加穩(wěn)定。

3.3 視頻控制器單元設(shè)計(jì)

視頻圖像信號(hào)頻率高、數(shù)據(jù)量大,要求實(shí)時(shí)處理,加之LED大屏幕的數(shù)字邏輯相當(dāng)復(fù)雜,采用復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵控制電路,可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),便于調(diào)試。筆者利用Lattice公司的CPLD器件,用按位分時(shí)顯示的方法設(shè)計(jì)了256級(jí)灰度*256級(jí)灰度(紅、綠雙基色)視頻控制器單元的控制單元部分,經(jīng)測(cè)試畫(huà)面清晰穩(wěn)定,顏色豐富,取得了預(yù)期的效果。以下是設(shè)計(jì)的大致過(guò)程。

首先是器件選型。為了提高器件的利用率,從結(jié)構(gòu)化觀點(diǎn)出發(fā),統(tǒng)計(jì)出視頻控制器存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)緩沖器和接口單元需要的控制信號(hào)數(shù)目為56,決定采用1片Lattice的ispLSI1032作為控制芯片。該芯片包含32個(gè)GLB,192個(gè)寄存器,I/O口及輸入數(shù)為72,門(mén)

數(shù)為6000,速度為70MHz,具有在系統(tǒng)編程功能,能夠比較高效地滿足應(yīng)用要求,同時(shí)還可兼顧系統(tǒng)今后的重構(gòu)。

按照設(shè)計(jì)要求,控制芯片用于產(chǎn)生讀、寫(xiě)地址信號(hào)、掃描地址信號(hào)、分時(shí)選通控制信號(hào)和一些顯示控制信號(hào)如消隱、移位、打入脈沖等。在設(shè)計(jì)中采用了“自頂向下,逐步細(xì)化”的策略。

設(shè)計(jì)中開(kāi)發(fā)軟件采用Lattice公司的EDA工具ispEXPERT7.0,設(shè)計(jì)輸入采用了原理圖和硬件描述語(yǔ)言混合輸入的方法,并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了仿真。定時(shí)分析結(jié)果為最小時(shí)鐘周期為26.7ns,時(shí)鐘周期計(jì)算公式為時(shí)鐘周期=路徑延時(shí)+時(shí)鐘到輸出端延時(shí)+建立時(shí)間

存儲(chǔ)單元采用雙總線結(jié)構(gòu)的高速SRAM,每行數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)19行時(shí)間讀出,讀出后幀頻為103.6Hz。計(jì)算機(jī)視頻工作頻率為65MHz,行頻48.4kHz,幀頻60Hz。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文討論了LED大屏幕視頻控制器單元中的灰度掃描方法,提出了256級(jí)灰度掃描時(shí)的實(shí)現(xiàn)方案,并用CPLD器件實(shí)現(xiàn)其控制電路。由于采用了EDA工具,降低了設(shè)計(jì)難度,縮短了開(kāi)發(fā)周朗,同時(shí)由于只需一片集成電路即可實(shí)現(xiàn)過(guò)去需要幾十片中規(guī)模集成電路的控制功能,印刷板的面積大大縮小,系統(tǒng)抗干擾能力顯著增強(qiáng),此外ISP功能給電路板的調(diào)試和系統(tǒng)的維護(hù)帶來(lái)了很大的方便,并且有利于系統(tǒng)今后的升級(jí)和重構(gòu)。