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基于FPGA 的LED 显示控制系统的设计和实现
Design and Implementation of LED Display Control System Based on FPGA (南京工业大学 帅仁俊张齐
SHUI Ren-jun ZHANG Qi
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:A
Abstract:This article discussed the designing process of LED display control system.The system for generating more shades of full-colors from the LEDs based on hard-ware is described.In this paper,the working principle is analyzed in detail and according as the principle to the controlling circuit based on FPGA.Key words:LED display screen;FPGA;control system
文章编号:1008-0570(200909-2-0133-03 1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SOC 2009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》 PLD CPLD FPGA 应用 实现是一个很好的选择。
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