基于CPLD的LED大屏幕視頻控制系統(tǒng)

也可以取顯示基本時間單位td為h/32或h/8,經(jīng)計算得256級灰度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,即存儲器讀出速率等于1/2數(shù)據(jù)輸入速率,顯示基本時間單位為1/16 倍行周期?；叶葤呙柰ㄟ^對灰度數(shù)據(jù)按位分時顯示的方法實現(xiàn),即計算機屏幕圖像以每像素24bit輸出(紅、綠、藍各8bit)時,通過給每種顏色8bit 字節(jié)的不同位分配不同的顯示時間達到灰度顯示的目的。比如,最低位(第8位)對應1/16行顯示時間,第7位對應1/8行顯示時間,…,第2位對應4行顯示時間,最高位對應8行顯示時間。屏體數(shù)據(jù)更新時間以行周期為單位,最低位對應更新時間為1行時間,其中顯示1/16行時間,其余15/16行時間里,由控制電路產(chǎn)生消隱信號進行消隱,其余位類同。

3.2 視頻控制器單元設(shè)計

根據(jù)上述256級灰度視頻數(shù)據(jù)灰度掃描的原理設(shè)計了256級灰度視頻控制器,原理(單個顏色通道)如圖4所示。

按功能來分,設(shè)計的視頻控制器單元可以分為四個部分:控制單元、存儲器單元(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器單元,計算機屏幕上每128行數(shù)據(jù)對應一個存儲器單元,顯示屏所要實時顯示的內(nèi)容(即計算機屏幕圖像數(shù)據(jù))都存放在存儲器單元中?？刂茊卧a(chǎn)生存儲器單元的地址信號和分時選通控制信號及灰度掃描控制信號如掃描地址信號、消隱、移位、鎖存脈沖等。數(shù)據(jù)緩沖器用于實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的讀寫(輸出輸入)緩沖。接口單元用于產(chǎn)生符合顯示屏驅(qū)動電路接口格式的信號。當一個幀存儲器進行數(shù)據(jù)寫入時,另一個幀存儲器進行數(shù)據(jù)掃描讀出,這樣兩組存儲器可以分別交替工作于視頻數(shù)據(jù)高速掃描和高速寫入兩種方式,因而可以提高數(shù)據(jù)讀寫的速率和顯示屏的幀頻,播放出來的圖像更加穩(wěn)定。

3.3 視頻控制器單元設(shè)計

視頻圖像信號頻率高、數(shù)據(jù)量大,要求實時處理,加之LED大屏幕的數(shù)字邏輯相當復雜,采用復雜可編程邏輯器件(CPLD)設(shè)計系統(tǒng)中的關(guān)鍵控制電路,可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),便于調(diào)試。筆者利用Lattice公司的CPLD器件,用按位分時顯示的方法設(shè)計了256級灰度*256級灰度(紅、綠雙基色)視頻控制器單元的控制單元部分,經(jīng)測試畫面清晰穩(wěn)定,顏色豐富,取得了預期的效果。以下是設(shè)計的大致過程。

首先是器件選型。為了提高器件的利用率,從結(jié)構(gòu)化觀點出發(fā),統(tǒng)計出視頻控制器存儲單元、數(shù)據(jù)緩沖器和接口單元需要的控制信號數(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GLB,192個寄存器,I/O口及輸入數(shù)為72,門

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用要求,同時還可兼顧系統(tǒng)今后的重構(gòu)。

按照設(shè)計要求,控制芯片用于產(chǎn)生讀、寫地址信號、掃描地址信號、分時選通控制信號和一些顯示控制信號如消隱、移位、打入脈沖等。在設(shè)計中采用了“自頂向下,逐步細化”的策略。

設(shè)計中開發(fā)軟件采用Lattice公司的EDA工具ispEXPERT7.0,設(shè)計輸入采用了原理圖和硬件描述語言混合輸入的方法,并對設(shè)計結(jié)果進行了仿真。定時分析結(jié)果為最小時鐘周期為26.7ns,時鐘周期計算公式為時鐘周期=路徑延時+時鐘到輸出端延時+建立時間

存儲單元采用雙總線結(jié)構(gòu)的高速SRAM,每行數(shù)據(jù)對應19行時間讀出,讀出后幀頻為103.6Hz。計算機視頻工作頻率為65MHz,行頻48.4kHz,幀頻60Hz。

4 結(jié)束語

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級灰度掃描時的實現(xiàn)方案,并用CPLD器件實現(xiàn)其控制電路。由于采用了EDA工具,降低了設(shè)計難度,縮短了開發(fā)周朗,同時由于只需一片集成電路即可實現(xiàn)過去需要幾十片中規(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,此外ISP功能給電路板的調(diào)試和系統(tǒng)的維護帶來了很大的方便,并且有利于系統(tǒng)今后的升級和重構(gòu)。