显示屏工作原理Word文档格式.docx

1、4 显示屏和计算机的显示内容不同步变化；要显示的内容在led 异步系统：控制卡打开电源后发送到控制卡上，计算机上编辑好以后，控制卡再进行显示；就可以显示存储在卡上的内容，即使此时计算机已经关闭也可以进行显示；于对实时性要求不高的场合，如单双色标语屏，打一些通知标语等内容；控制计算机 异步（也称脱机）控制卡HUB分配板 单元板适 5 6 实现LED基于网口传输的同步屏控制系统及其FPGA 深圳职业技术学院 韩秀清 作者：刘丽莎 朱 桦电子设计工程时间：2010-04-14 09:28:44 来源：显示屏控制系LED为核心，基于网口传输的全彩高灰度同步摘要：介绍一种以FPGA统的设计方法。该设计改

2、变传统设计中低效高成本的信号采集和传送方式，改用实时采集采用信号SDRAM和大容量，DVI接口显示信号、通过网口传输数据，采用高集成度FPGA包复用技术同步传送显示数据和控制数据及高效率的灰度切片算法等新技术，具有成本低、 显示面积大、显示稳定、刷新率高等特点。显示屏控制系统；同步动态随机存储器；灰度；百兆网口；同步LED关键词：DVI；FPGA 切片算法全彩同步控制系统具有高性能实时显示、节能、环保等优点，成为现代信息发 LED信号接口、使用并行多根总线传送VESA布的重要媒体。本设计改变传统设计中采集显卡接口、通过网口传输数据，既节省成本也提高了传输效率和传DVI数据的方式，改用采集作为主

3、控制模块、FPGA输质量。另外，该设计还采用一系列新技术，例如使用高集成度、采用信号包复用技术同步传送显示数据SRAMSDRAM代替高成本的等容量使用大容量同步屏控制系统具有成本低、显示面和控制数据、采用高效率的灰度切片算法等等。LED 积大、显示稳定、刷新率高等特点，是目前市面上非常具有竞争力的显示控制方案。 1 系统原理和结构。（FRC）所示，主要由两部分组成：采样发送板（STR）和现场控制板 系统整体架构如图1格式转实时同步采集计算机输出的显示数据，通过高速缓存、通过大规模逻辑及其他组件，LED在扫描控制信号，最终转换成LED换后，由大容量传输通道传送到显示屏现场，LED 显示屏上实现高

4、清晰的视频、图片、文本等节目内容的显示。7 1 显示信号采集1主要基于转换最小差分信号DVI接口采集高清晰显示数据信号。DVI 本设计从电脑的运用编码算TMDS（Transition Minimizerl Differential signa-ling）技术来传输数字信号。TMDS包含行场同10 bit数据（位色RGB数据，每色各8 bit）通过最小转换编码转换为法把8 tit（24平衡后，采用差分信号传输数据。它比，并在DC步信息、时钟信息、数据DE、纠错等）具有更好的电磁兼容性能，可用低成本专用电缆实现长距离、高质量数字信号、TTLLVDS信号转换成接口输出的TMDS本系统采用专用TFP4

5、01A芯片。将计算机显示卡DVI传输。 RGB三色分离的数据信号。TTL电平的 2 显示数据格式转换1每个颜色的权位色数据为例，接口高速输入的显示信号是串行含灰度的数据，以 DVI24显示屏上的灰度实现，是通过控制每一个LED256级（28）。值数据为8位，即灰度等级为的点亮时间即占空比来实现的，为了更高效的实现不同的灰度，该设计采用全屏幕每LED 个权值的亮度。个权值独立显示的方式，即控制整个屏幕分别显示18以及数据缓存的FPGA整个数据格式转换过程由采集发送板和现场控制板上的2片 显-数据重整等一系列过程，最终得到LED分区提取SDRAM来实现。通过权值分离-缓存- 示屏的扫描数据。 3

6、显示数据传送1接口送过来的同步视频信号数据量巨大。为了将大面积、高分辨率、高灰度的视频 DVI从计算机到显示数据可靠的从电脑输出到显示屏体，需要采用可靠的传输媒介。另一方面，显示屏距离一般为几十米到上百米。能传输的距离越长，从控制机房到显示屏的距离LED 限制越小，工程施工越灵活。10 M8口RTL8208B是Realtek公司生产的一款设计中的接口芯片采用 RTL8208B实现。FRC现场控制板本设计中，采集发送板STR只需使用发送通道。100 M以太网收发芯片。2对双绞线，在百兆以太网中只使用到其中的同样只需要接收通道。每根以太网网线含4这样每根网线可使用全部4对双绞线来作为传送通道，本设

7、计中利用千兆以太网技术，对，为网口传输ls的数据量。表800 Mb（8s传输400 Mb的数据量，2根网线路通道）可传输 级灰度数据宽度。 x256=数据量分析情况。其中，数据量分辨率场频 的数据；全彩或者单根网线可传输l 从表可以得到，l 024x5121 024x768双色场频30 Hz8 的数据。l 024x768双色场频60 Hz全彩或两根网线传输l 024x512 显示屏灰度扫描实现14 LED显示屏由多个显示模组组合而成，显示接口一般由以下几个信号组成：串行数据信LED ；输出使能信号：LATCH号：多组红、绿、蓝信号；串行时钟信号；CLK；串行锁存信号：行扫描，行扫描信号在显示屏

8、模组上16）：一般最多OE；行编码信号（静态模组时无行信号 译码得到。等）由译码器（74HCl38显示屏为实现大面积显示，屏幕面积一般非常巨大，而显示屏的控制数据一般都是 LED在大面积情况下可以保证稳定传输的信号频率串行传送，控制线都非常长且容易收到干扰，提高显示屏控制信号的时钟频率。但这种有限。如果增加系统的控制面积，一般方法有：1）多个控降低刷新频率。刷新频率降低必将影响显示稳定度，效果很差；3）提高是有限的；2） 制器同时处理。增加扫描控制器必然增加成本。（8级灰度 本设计采用灰度切片的方式来实现高灰度、大面积、高刷新频率显示：按256设置合）。权值，D6（64）DO（1权值权值计算，

9、位）8位权值数据由高到低依次为D7（128）数据信号组，即可提高显示屏面积并满适的输出显示屏的串行时钟。提高并行输出的RGB像素点。实际测试可以发现，l 024x768足实际高清显示效果。本设计中，实际控制面积为 采用灰度切片方式后，显示屏亮度损失极小，可以实现非常稳定的视频显示。 系统设计2 1 采样发送板功能分解2 FPGASTR2 图为采样发送板总体架构图和功能模块图。9 211 DVI接口 TFP40lA转换后向FPGA输入以下信号为QEQO为每组信号送出红绿蓝各8 bit数据。本设计使用TFP40lA单链路TMDS方式；ODCK为数据时钟；DE为数据使能；VSYNCHSYNC为场同步

10、信号，行同步信号。212 STR核心控制FPGA设计 采集发送板的核心为高速逻辑器件FPGA，FPGA各功能框图如图2所示。FPGA通过实时采集数据并利用SDRAM缓存实现采样、缓存、格式转换等一系列高速同步数据处理。同时，FPGA通过采样发送板上的CPU接收计算机的控制指令来适应不同的显示屏和不同的应用环境。 FPGA各功能模块说明如下： 1）采集模块 伽马校正：对于不同的节目源、不同的显示屏体，需要经过不同数值的伽马校正来获得更符合人眼视觉的显示效果，得到更清晰的图像。本设计提供伽马校正接口，10 ，可根据最终显示效果设置不同的伽马校正值。在采集数据输入通过采样发送板上的MCU对输入串行数

11、据进行权值分离即转换成经过校正的显示数据。权值分离和数据重组：后， CPU设置的显示屏扫描模式进行初步数据重组。处理，并根据系统需要实时处理每一帧显示数据，通过大容量的外部存储器控制和仲裁器 2）SDRAM 作为缓存器。同步处理输人帧接收和输出帧提取。SRAM大容量的将）2帧信号独立存储，在以往的设计中，一般采用2片SRAM（静态存储器 价格低得多，SRAM相同容量的SDRAM比成本高昂。本设计中。采用单片SDRAM设计。的FPGA接口减少，对SDRAM而采用单片，整个系统的成本将进一步下降；同时与FPGA 口需求减少，优化器件选择。OISDRAM当前正在缓存的帧数据和当前正在读取的上一帧数据

12、在 两帧显示信号分时读写，控制和数据总线只有一组。所以需要里用不同的页面来分别进行存储。由于单片SDRAM SDRAM控制仲裁器模块来实现无缝分时总线切换控制。采集模块和输出模块分别将数据流切片，转成小数据块，数据流切片后，各模块每次占 次占用总线要求的最长间隔，经过精确计算每个模块占用总线的时间、2用总线的时间减短。 总线。个模块即可实现无缝分时占用设计合适大小的数据流切片大小：2SDRAM中的数据，SDRAM网口编码输出 输出控制模块按照显示屏的扫描模式分区采集缓冲 3）为实现远程设置除了显示数据需要通过网口传输外，并转换重整成新的网口串行传输格式。经网口编码前将显示数据包和控制信号包，现

13、场控制板，还需要将控制参数通过网口传输。 RTL8208B传送。过分时复用，经网口编码器编码后送至数据在采样发送板需要同步处理两帧信号，为了稳定地将输出网口的帧信 帧同步控制 4）帧信号同步，帧同步模块通过同步指令，将两个时钟域的帧信号锁定在一DVI号与输入的 起，以实现帧信号同步控制，避免出现显示画面断裂的情况。 2 现场控制板功能分解2 功能模块框图。总体架构图和为现场控制板图 3FRCFPGA 11 221 FRC核心控制FPGA设计 现场扫描板的核心控制部分也为l片FPGA，FPGA通过实时接收网口数据并利用SDRAM缓存后，经过转换，由输出模块实现灰度显示，产生显示屏的控制信号。各功

14、能模块说明如下： 1）网口解码器和数据对齐、重整 现场扫描板的RTL8208B接收到网口送来的数据信号后送到FPGA的网口解码器模块。该模块由状态机实现：当依次检测到DV信号、H信号、SSD信号后，解码器开始定位并提取帧头信号，根据帧头码中的数据类型判断是控制帧还是数据帧，并分别进行提取。 2）SDRAM控制和仲裁器 同采集发送板类似，现场控制板的FPGA也需要需要实时处理12 作为缓存器，同步处理输入帧接收和每一帧显示数据，通过大容量的外部存储器SDRAM SDRAM控制仲裁器模块实现无缝分时控制。输出帧提取。中的各灰度数据，转SDRAM1节的描述，提取 3）灰度实现和扫描转换 本模块按照1

15、调整扫描输出的根据采集发送板送来的控制帧中的扫描参数，换成显示屏的控制信号数据。LED显示屏模块组的灵活控制。数据顺序和控制信号格式，以方便实现对不同类型的LED 4所示。灰度扫描输出扫描仿真信号如图 行切换前关断屏体，防止出现串行的（4为输出原始信号图，输出信号再经过增加消影 图经锁存驱动后送到与显）等处理后，行调整、多显示区穿插（控制更大面积）暗影信号叫消影、 LED显示屏屏体的显示。示屏接口匹配的接口板，控制整个 输出驱动22 2输出的扫描信号锁存驱动后送到输出接口，外部再通过转接板驱动后FPGA 输出驱动将 显示屏。送至LED 结论3 大规模逻辑具有处理速度快、容量大等特点，随着技术的

16、不断更新，向着更高容量、更 的特低单位成本的方向快速发展。在通信等实时系统等领域，系统设计中充分利用FPGA作为核心控制模块，集成网络控制、大容量存储芯片控制、通信接口、外点，使用FPGA降低整个控制系统以及外能够简化系统架构、信号采集接口等多个控制功能，围器件接口、易相互干扰等避免多个控制器件匹配而造成的系统失效率高、围成本；而精简的系统架构， 缺陷。系统设计中，充分考虑了技术的成熟性和整个系统工程的造价，本设计利用成熟的百兆 本控制系而系统稳定性大幅提高。灵活融入千兆网技术，令工程成本大为降低、网口芯片，显示稳定性和刷新频率等参数均非常无论是户内还是户外显示屏，统在实际测试和应用中，而且通过技术手段，大大增加了单系统控制的面积，降低了成本。通过与之配套开发优秀， 的软件同时使用，具有非常强的市场竞争力。13