基于FPGA芯片控制全彩LED大屏幕圖像顯示系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計

來源:EDN China 更新日期:2011-03-15 作者:佚名

    隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展,各種數(shù)字顯示屏也隨即涌現(xiàn)出來有l(wèi)ed、LCD、DLP等,各種數(shù)字大屏幕的控制系統(tǒng)多種多樣,有用ARM+FPGA脫機(jī)控制系統(tǒng),也有用PC+DVI接口解碼芯片+FPGA芯片聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng),在這里我們講述一種不僅可以用于控制全彩LED大屏幕的顯示,而且還可以作為發(fā)送端輸出高清圖像數(shù)據(jù)。采用的聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)對全彩LED大屏幕進(jìn)行控制。即PC+DVI接口解碼芯片+FPGA芯片+輸出接口模式的聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)。

    DVI接口概述

    DVI全稱為Digital Visual Interface,它是基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling,最小化傳輸差分信號)電子協(xié)議作為基本電氣連接。TMDS是一種微分信號機(jī)制,可以將像素數(shù)據(jù)編碼,并通過串行連接傳遞。顯卡產(chǎn)生的數(shù)字信號由發(fā)送器按照TMDS協(xié)議編碼后通過TMDS通道發(fā)送給接收器,經(jīng)過解碼送給數(shù)字顯示設(shè)備。

    目前的DVI接口分為兩種,一個是DVI-D接口,只能接收數(shù)字信號,接口上只有3排8列共24個針腳,其中右上角的一個針腳為空,不兼容模擬信號。

    另外一種則是DVI-I接口,可同時兼容模擬和數(shù)字信號。兼容模擬幸好并不意味著模擬信號的D-Sub接口可以連接在DVI-I接口上,而是必須通過一個轉(zhuǎn)換接頭才能使用,一般采用這種接口的顯卡都會帶有相關(guān)的轉(zhuǎn)換接頭。

    本文敘述中用到的接口是DVI-D全數(shù)據(jù)接口。

    FPGA控制全彩LED大屏幕系統(tǒng)原理

    1 DVI解碼芯片控制原理

    圖3輸入部分顯示了FPGA芯片控制解碼芯片控制原理圖,所選的FPGA芯片是Xilinx公司的Spantan_3系列的X3C1400A-5,該芯片可以實(shí)現(xiàn)對DDR_SDRAM最大時鐘為200MHz的控制。在該系統(tǒng)中用到的DVI解碼芯片是TI公司生產(chǎn)的芯片型號為tfp401的解碼芯片,該芯片通過接收由計算機(jī)DVI接口傳輸來的編碼圖像數(shù)據(jù),輸出到DVI解碼芯片,該芯片將串行數(shù)據(jù)解碼成24位的R(Red)、G(Green)、B(Blue)三原色并行數(shù)據(jù),以及行同步、場同步、數(shù)據(jù)使能和時鐘信號,然后將解碼后的RGB圖像數(shù)據(jù)、行同步、場同步、數(shù)據(jù)使能和時鐘控制信號送給FPGA芯片,將圖像數(shù)據(jù)緩沖到FPGA芯片的FIFO中,在這里須注意,當(dāng)采集圖像的分辨率很大時,該數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘信號最高可達(dá)到165MHz,輸出的并行圖像數(shù)據(jù)為24位的數(shù)據(jù),所以最大帶寬可達(dá)到3.96GHz,在選取外部存儲器是須考慮帶寬的要求。

基于FPGA芯片控制全彩LED大屏幕圖像顯示系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計 

    4 應(yīng)用于不同領(lǐng)域的兩種輸出接口模式

    ①FPGA芯片輸出端連接驅(qū)動電流芯片

    該接口的使用適合于輸出的是多路驅(qū)動電流芯片,用FPGA芯片輸出管腳時序控制多路外部驅(qū)動電流芯片,驅(qū)動電流芯片再對RGB發(fā)光二極管進(jìn)行控制,最后將整個電腦想要顯示的圖像顯示到大屏幕LED上。

    ②接收端為以太網(wǎng)線的接口

    該接口適合于對一路輸入DVI解碼芯片接口圖像的輸出,該接口可以用于遠(yuǎn)距離傳輸圖像信息,應(yīng)用于大屏幕的LED的顯示。

    顯示設(shè)備采用DVI接口優(yōu)點(diǎn)

    DVI傳輸?shù)氖菙?shù)字信號,數(shù)字圖像信息不需經(jīng)過任何轉(zhuǎn)換,就會直接被傳送到顯示設(shè)備上,減少了數(shù)字向模擬再到數(shù)字煩瑣的轉(zhuǎn)換過程,大大節(jié)省了時間,因此它的速度更快,能有效消除拖影現(xiàn)象,使用DVI進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,信號不衰減,色彩更純凈,更逼真。計算機(jī)內(nèi)部傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制的數(shù)字信號,使用VGA接口連接全彩LED大屏幕顯示器,就需要先把信號通過顯卡中的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B三原色信號和行、場同步信號,這些信號通過模擬信號線傳輸?shù)饺蔐ED大屏幕上,還需要相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號再一次轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號,才能在全彩LED大屏幕上顯示出圖像。在上述的D/A、A/D轉(zhuǎn)換和信號傳輸過程中不可避免信號的損失和受到干擾,從而導(dǎo)致圖像出現(xiàn)失真甚至顯示錯誤。DVI接口無須進(jìn)行這些轉(zhuǎn)換,避免了信號的損失,使圖像的清晰度和細(xì)節(jié)表現(xiàn)力都得到了大大的提高。

    結(jié)束語

    該設(shè)計系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的FPGA芯片控制全彩大屏幕的圖像顯示系統(tǒng),不僅可以用于小尺寸分辨率(256×192)的全彩LED大屏幕控制系統(tǒng)的顯示,還可以遠(yuǎn)距離的以太網(wǎng)傳輸圖像數(shù)據(jù),將該圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到多塊接收模板,多塊接收板的拼接可以用于顯示分辨率(1920×1280)的高清彩色圖像的大屏幕。

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