摘 要 ：掃描 控 制 電路 LED 顯示屏 是將 視 頻輸 入信 號 轉換 為 LED 屏 掃 描 顯 示所 需要 的 具有 灰 度信 息的數據 ，并產生相 關的 時序 控制 信 號。本 文提 出 了一 種 用 FPGA 和 CPLD 器件 實現灰 度 掃 描 和 掃描 控 制 電路 的 設 計 方 法 。
關 鍵詞 ：LED 顯示屏 ；可編程 器件 ；掃描控 制
1 系統設計
LED顯
示屏 的顯 示控 制 系統 由視 頻 采 集 系統 、 主控 系統 、數 據 分 配 電路 和 LED恒 流 驅 動 電路 等組 成 。在主 機控 制 電路產 生 的信號控 制 下 ，顯示 數據被 存儲到幀存儲器中，然后再傳輸到數據分配 電路，在 讀 出邏輯 的控 制 下送 到 各個 LED恒 流驅 動 電路 ，最 后 在 LED屏 幕 顯示 出圖像 。 本 文重 點 介紹 LED屏 的灰 度 系統 。
顯示控 制 系統 利用 FPGA 和 CPLD可 編程 器件 實 現顯示 過程 的邏 輯控 制 。這種 在線 可編程 設計 ，使 系統的升級和維護更加 方便和容易，而且大大提高 了控 制 系統 的可靠 性 。常 用 FPGA和 CPLD器 件 主 要 產 自 Altera、Xilinx和 Lattice公 司 ，現 以 美 國 Lattice公司的CPLD器件為例，介紹控制電路的設計。
系統 硬件 分 為三 個部 分 。第 一部 分是 顯 卡顯 示 信息實時提取 電路，其功能是從顯卡中提取出 CRT 單 色 數 字 視 頻 信 號 、像 素 時 鐘 (PCLK)、 行 同步 (HSYNC)和幀同步(VSYNC)等信號 ，經過處理后 由 長線傳輸出去。第-{1~分是信號轉換 電路，其功能是 把長線傳輸來的 CRT圖像信號經過選擇、存貯、讀 取和分配后 ，轉換成 LED顯示信號。第三部分是 LED驅動板 ，其功能是接收 LED顯示信號 ，并分配 給 LED屏對 應 的像素 點 ，驅 動 LED顯 示。
全彩屏又稱三基色屏 ，其發光像素 由紅 、綠、藍三種基 色的 LED發光二 極管組成 。我們采 用發 光波長 為 480nm 的 InGaN藍管、發光波長為 515nm 的 InGaN 綠管和
發光波長為 637nm 的 ALGaAS紅
管產生三基 色 ，可以提供逼真的全色 ，而且具有較大 的顏色范圍。
2 灰 度 的 實現
采 集 ／發送子 系統 以每秒 不 少于 60幅的幀 頻 ， 采集經 y子系統輸出的 24Bits真彩色信號，并以 雙存貯器交替工作 方式寫入 自帶的顯示緩存中。在 中心處理單元的控制下 ，完成灰度 的權值變換 ，通過 LVDS差分和超五類雙絞線通道 ，送至接收 ／灰度處 理子系統 。每個基色有 20、21、22、23、24、25、26、27 等八 個權 值 分量 ，通過 CPLD控 制 ，送 至恒 流驅 動單 元板 ，實現 256級灰 度控 制。
采 集 ／發送子 系統 的主控 芯 片 MC采 用 Lattice 公 司 的 CPLD 器 件 一封 裝 形 式 為 100PQFP 的 ispMACH4A5—128／64—10YC。
它通 過 幀 同步 信 號 NVS、行消隱信號 NBLK和點時鐘 CLK產生地址控 制邏 輯 ，逐 點 采 集 24Bits真 彩 色信 號 ，并 寫入 到 交 替工作的存貯器中。該存貯器芯片選用 IDT71024—12 或相兼容的美國 ISSI的 IS61C1024—12J。當幀同步
信 號 NVS負跳 變 時 ，主控 芯 片 MC產生 存貯 器 交替 控制信號 ，將剛寫入的最新一幀真彩色信號進行灰 度 的權 值 變 換 ，通 過 UR0、UR1、UG0、UG1、UB0、UB1(MC3487或 DS90C031B)差 分 至 超 五 類 雙 絞 線上 ，并 由 UC0(MC3487或 DS90C031B)差 分輸 出變換后的幀同步信號 ONVS、點時鐘 OCLK、行消 隱信號 ONBLK和內部同步信號 ADO。
接收／灰度處理子系統的主控芯片 F1亦采用美國 Lattice公
司的 CPLD器件 ispMACH4A5—128／64— 10YC。它通過來
自采集 ／發送子系統的幀同步信號 ONVS、行消隱信號 ONBLK、點時鐘 OCLK產生地
址控制邏輯 ，逐點采集 24Bits真彩色權值信號 ，并 寫入到交替工作 的存貯器 中。該存 貯器 芯片選用 IDT71024—12或相兼容的美國 ISSl的 IS61C1024 —
12J。當內部同步信號 ADO跳變時，主控芯片 F1 產生存貯器交替控制信號和電子顯示屏行列地址尋
址信號 ，將剛寫入的最新一幀真彩色信號進行電流 等效化 ，逐 點逐線地送至恒 流驅動板 ，完成 24Bits 真彩色畫面的顯示和刷新。三種基色各級灰度的不同組 合能產生 1024x1024X1024種顏色，即 1024M 色。
在高速動態顯示時 ，LED的發光亮度與掃描 周 期內的發 光時間成正比，通過控制 LED的發光時間 與掃描周期的比值 ，即調制占空 比就可實現灰度級 顯示。若每 幀(掃描 )周期為 了-，采用 8行掃描 方式 時，每行的總選通時間為 T／8。將每周期內 LED的總 發 光 時 間 依 次 調 節 為 0，T／(8X16)，2T／(8X16)，…， 15T／(8X16)，這樣 ，LED的發光時間被分為 16個等 級，也就實現了 16級灰度。
從視頻控制模塊傳來的數據 為并行數字數據 ， 不能直接用于 LED的掃描顯示 ，必須通過時序譯碼 轉換 ，才能變為含有灰度信息的由 ”1I和 ”0”組成的 編碼序列，以供掃描顯示使用。輸入的并行圖像數據 為紅、綠 、藍各五位 ，這樣每種顏色就可以實現 32級 灰度 (2s=32)，也可以取 高 4位數據 實現 16級灰 度 (2=16》，視需要而設定。現取高 4位實現 16級灰度
，其 灰度調制系數與編碼值的對應關系如表 1所列。
設有一個長度為 16個時間單位 t的編碼序列， 其 中 t=T／(8X16)，該序列 中有 i個 “1”和 16一i個 。0。，組成 編碼 序列 為 111… 10000… 0 (1) i個 16一i個
以這個編碼 序列調制 LED：”1I為發光 ，”0”為不 發光 ，則 LED實際的發光時間為 “i)=Txi／(8X16) (2) 式(2)中，
實際就是 LED的導通脈
沖寬度，而且 是 i的函數，于是該 LED便具有 了第 i級灰度的發 光亮度。式(2)代表著產生 LED第 i級灰度所需的一 組編碼序列 ，稱 為調制序列。 由式(2)可計 算出第 i 級 灰度 對應 的 占空 比為 t(i)／T-i／(8X16) (3)
3 結束語
利 用 可 編 程 邏 輯 器 件 并 采 用 eda工 具 實 現 LED顯示屏的灰度顯示，降低 了設計難度 ，縮短 了開 發周期。同時 ，由于只需一片集成電路即可實現過去 需要幾十片中規模集成 電路的控制功能 ，印刷板面 積大大縮小，系統抗 干擾能力顯著增強。此外采用 ISP功能給電路板 的調試和 系統 的維護帶來 了很大 的方便 ，并且有利于系統 以后的升級和重構。