基于FPGA的OLED真彩色顯示設(shè)計方案

　　OLED 顯示屏的刷新頻率是60 Hz /s,即顯示一幀圖像的時間為1 /60 s,設(shè)為T,所以，行掃描起始信號stx 的周期T 為16 667 μs,占空比為1∶ 90; 因為OLED顯示屏480 × 3 行電極分組組合成為90 個Block,所以每一塊的選通時間為T /90,即185. 185 μs.而cpx 和cpbx 是一對反相不交疊的脈沖信號，占空比為50%,在脈沖信號的高電平和低電平時，都有一個Block 行像素被選通，即在cpx 和cpbx 一個周期內(nèi)有兩個Block 行像素被選通，所以行掃描驅(qū)動脈沖cpx 和cpbx的周期為T /45,即370. 370 μs.

　　同理，OLED 顯示屏的列被分為80 個Block,每個列Block 的選通時間為2. 315 μs,列掃描起始信號sty的周期為185. 185 μs,占空比為1 ∶ 80.列驅(qū)動脈沖cpy 和cpby 亦是一對反相不交疊的脈沖信號，占空比為50%,在脈沖信號的高電平和低電平時，都有一個Block 被選通。由于每個列Block 的選通時間為2. 315 μs,所以列掃描驅(qū)動脈沖cpy 和cpby 的周期為4. 630 μs.

　　在每個列Block 選通期間，從FIFO 中并行讀出的8 個8 bit 數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)鎖存器鎖存。在每個BLOCK選通期間都將進(jìn)行一次數(shù)據(jù)的鎖存，所以數(shù)據(jù)鎖存信號Lock 的周期為2. 315 μs.因為當(dāng)16 個8 位的數(shù)據(jù)裝載寄存器都載滿數(shù)據(jù)的時候才進(jìn)行這144 個數(shù)據(jù)的鎖存，所以16 位移位寄存器時鐘clk _reg 的周期為0. 145 μs.從FIFO 中讀出數(shù)據(jù)的速度必須和向數(shù)據(jù)裝載寄存器中裝載數(shù)據(jù)的速度一致，則FIFO 的讀時鐘clk _ fifo 的周期也為0. 145 μs.對0. 15 μs（ 6. 896 MHz） 進(jìn)行近似為7 MHz,所以令系統(tǒng)的基本時鐘為14 MHz,由FPGA 外部晶振產(chǎn)生。讀時鐘為基本時鐘的二分頻。

　　1. 5 FPGA 工作流程

　　FPGA 處理器是設(shè)計的核心部分，其工作流程為，在每個clk_fifo 時鐘周期下，從8 個FIFO 緩存中并行讀出8 個8 bit 像素數(shù)據(jù)，在時鐘clk_reg 上升沿到來時， 16 位移位寄存器發(fā)生移位，它的輸出端接16 個8位數(shù)據(jù)裝載寄存器的片選端，這樣16 個8 位數(shù)據(jù)裝載寄存器逐個被選通，此時這些數(shù)據(jù)就可以載入到16 個8 位數(shù)據(jù)裝載寄存器中，這16 個8 位寄存器的輸出端接在144 位鎖存器的輸入端上。16 個時鐘clk_reg 上升沿過后， 16 個8 位數(shù)據(jù)裝載寄存器都將依次被裝載滿，此時數(shù)據(jù)鎖存信號Lock 到達(dá)，將144 個數(shù)據(jù)鎖存到144 位數(shù)據(jù)鎖存器中，然后這些數(shù)據(jù)進(jìn)入到DA 轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成16 路模擬量，送至OLED 顯示屏，完成一個Block 數(shù)據(jù)的載入。

　　在列掃描驅(qū)動脈沖cpy 和cpby 的控制下，80 個Block 依次被選通，在每一Block 被選通期間，都將進(jìn)行一次144 個數(shù)據(jù)的移位寄存和鎖存，當(dāng)80 個Block都鎖存完之后，一行數(shù)據(jù)的載入也就完成了。當(dāng)?shù)谝恍械?0 個Block 數(shù)據(jù)顯示完畢后，列掃描起始信號sty過來，又開始從第一列掃描，與此同時，在行掃描驅(qū)動脈沖cpx 和cpbx 的作用下，第二行像素被選通，所以，這時將進(jìn)行第二行的1 到80 個Block 的數(shù)據(jù)載入，以此類推，直到90 行數(shù)據(jù)都顯示完畢之后，行掃描起始信號stx 到來，重新選通第一行，循環(huán)往復(fù)，一幀幀地顯示數(shù)據(jù)。

　　2 仿真結(jié)果

　　選用Altera 公司Cyclone Ⅲ 系列芯片EP3C10E144C8 為目標(biāo)芯片，采用Verilog HDL 語言進(jìn)行設(shè)計，在GX - SOPC - EDA - EP3C10 - STARTER -EDK 開發(fā)板上進(jìn)行Modelsim 仿真，仿真結(jié)果如圖4 和圖5 所示。

圖4 外圍驅(qū)動時序仿真結(jié)果

圖5 256灰度產(chǎn)生模擬仿真

　　由圖4 仿真結(jié)果可以看出，80 組列掃描脈沖cpy和cpby 控制80 個Block, 80 個列掃描脈沖完畢后，列掃描起始信號sty 脈沖開始，繼續(xù)掃描下一行。90 行掃描完畢后， stx 到來重新選通第一行，依此循環(huán)，符合設(shè)計的要求。

　　由圖5 仿真結(jié)果可以看出，對于輸入的8 bit 像素數(shù)據(jù)，經(jīng)灰度產(chǎn)生模塊轉(zhuǎn)化為灰度數(shù)據(jù)。以第一個輸入數(shù)據(jù)8 hff 為例，每位的顯示時間為128∶ 64∶ 32∶ 16∶ 8∶ 4∶2∶ 1,由其不同組合，從而實現(xiàn)了256 級灰度的功能。

　　3 結(jié)束語

　　基于FPGA 芯片設(shè)計了分辨率為480 × RGB × 640的真彩色OLED 顯示屏的驅(qū)動電路，在傳統(tǒng)的子場原理和脈寬調(diào)制占空比實現(xiàn)灰度的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行優(yōu)化，采用R、G、B 單基色像素分時顯示的方法，實現(xiàn)了256 級灰度功能。經(jīng)仿真和軟硬件協(xié)同仿真驗證，實現(xiàn)了設(shè)計所要求滿足的功能。其256 級灰度實現(xiàn)方法簡單靈活，降低了對FPGA 驅(qū)動頻率的要求，對于在高刷率、高分辨率、高灰階顯示器件上的應(yīng)用，具有很高的實用價值。利用該電路系統(tǒng)可以實現(xiàn)OLED 顯示的全彩色實時動態(tài)圖像的傳輸，為今后OLED 作為大尺寸顯示器提供了技術(shù)支持。