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全彩LED大屏幕图像显示系统基于FPGA芯片控制

更新日期:2014-08-19 14:59:01
随着数字技术的飞速发展,各种数字显示屏也随即涌现出来有、LCD、DLP等,各种数字大屏幕的控制系统多种多样,有用ARM+FPGA脱机控制系统,也有用PC+DVI接口解码芯片+FPGA芯片联机控制系统,

 

    在这里我们讲述一种不仅可以用于控制LED全彩显示屏的显示,而且还可以作为发送端输出高清图像数据。采用的联机控制系统对全彩LED大屏幕进行控制。即PC+DVI接口解码芯片+FPGA芯片+输出接口模式的联机控制系统。
 
DVI接口概述

DVI全称为Digital Visual Interface,它是基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling,最小化传输差分信号)电子协议作为基本电气连接。 www.h-ye.cn

  TMDS是一种微分信号机制,可以将像素数据编码,并通过串行连接传递。显卡产生的数字信号由发送器按照TMDS协议编码后通过TMDS通道发送给接收器,经过解码送给数字显示设备。

目前的DVI接口分为两种,一个是DVI-D接口,只能接收数字信号,接口上只有3排8列共24个针脚,其中右上角的一个针脚为空,不兼容模拟信号。

另外一种则是DVI-I接口,可同时兼容模拟和数字信号。兼容模拟幸好并不意味着模拟信号的D-Sub接口可以连接在DVI-I接口上,而是必须通过一个转换接头才能使用,一般采用这种接口的显卡都会带有相关的转换接头。

本文叙述中用到的接口是DVI-D全数据接口。

FPGA控制全彩LED大屏幕系统原理

1 DVI解码芯片控制原理

图3输入部分显示了FPGA芯片控制解码芯片控制原理图,所选的FPGA芯片是Xilinx公司的Spantan_3系列的X3C1400A-5,该芯片可以实现对DDR_SDRAM最大时钟为200MHz的控制。 //www.h-ye.cn 深圳led行业网

  在该系统中用到的DVI解码芯片是TI公司生产的芯片型号为tfp401的解码芯片,该芯片通过接收由计算机DVI接口传输来的编码图像数据,输出到DVI解码芯片,该芯片将串行数据解码成24位的R(Red)、G(Green)、B(Blue)三原色并行数据,以及行同步、场同步、数据使能和时钟信号,www.h-ye.cn

  然后将解码后的RGB图像数据、行同步、场同步、数据使能和时钟控制信号送给FPGA芯片,将图像数据缓冲到FPGA芯片的FIFO中,在这里须注意,当采集图像的分辨率很大时,该数据传输的时钟信号最高可达到165MHz,输出的并行图像数据为24位的数据,所以最大带宽可达到3.96GHz,在选取外部存储器是须考虑带宽的要求。 深圳led行业网

 

 

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图3 FPGA控制全彩大屏幕LED系统原理图

 


4 应用于不同领域的两种输出接口模式

①FPGA芯片输出端连接驱动电流芯片
该接口的使用适合于输出的是多路驱动电流芯片,用FPGA芯片输出管脚时序控制多路外部驱动电流芯片,驱动电流芯片再对RGB进行控制,最后将整个电脑想要显示的图像显示到大屏幕LED上。
 
②接收端为以太网线的接口
该接口适合于对一路输入DVI解码芯片接口图像的输出,该接口可以用于远距离传输图像信息,应用于大屏幕的LED的显示。
显示设备采用DVI接口优点

DVI传输的是数字信号,数字图像信息不需经过任何转换,就会直接被传送到显示设备上,减少了数字向模拟再到数字烦琐的转换过程,大大节省了时间,因此它的速度更快,能有效消除拖影现象,使用DVI进行数据传输,信号不衰减,色彩更纯净,更逼真。

 

计算机内部传输的是二进制的数字信号,使用VGA接口连接全彩LED大屏幕显示器,就需要先把信号通过显卡中的D/A转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号,这些信号通过模拟信号线传输到全彩LED大屏幕上,还需要相应的A/D转换器将模拟信号再一次转变成数字信号,才能在全彩LED大屏幕上显示出图像。

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在上述的D/A、A/D转换和信号传输过程中不可避免信号的损失和受到干扰,从而导致图像出现失真甚至显示错误。DVI接口无须进行这些转换,避免了信号的损失,使图像的清晰度和细节表现力都得到了大大的提高。

 

结束语

 该设计系统实现的FPGA芯片控制全彩大屏幕的图像显示系统, //www.h-ye.cn

 不仅可以用于小尺寸分辨率(256×192)的全彩LED大屏幕控制系统的显示,还可以远距离的以太网传输图像数据, //www.h-ye.cn 深圳led行业网

 将该图像数据发送到多块接收模板,多块接收板的拼接可以用于显示分辨率(1920×1280)的高清彩色图像的大屏幕。

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