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VGA同步顯示在LED大屏幕系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2010-12-16

中心議題:
  • VGA同步顯示系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
  • 顯卡顯示信息實(shí)時(shí)提取電路的實(shí)現(xiàn)
  • 硬件驅(qū)動(dòng)電路的組成
解決方案:
  • VGA視頻信號(hào)的選擇
  • SRAM數(shù)據(jù)的讀出、分配
顯示屏從通訊控制方式上分為同步和異步兩種,同步控制方式是上位機(jī)與屏體之間實(shí)時(shí)進(jìn)行通訊。異步控制方式是上位機(jī)與屏體之間獨(dú)立運(yùn)行,但需要上位機(jī)將顯示信息編輯并發(fā)送到顯示屏體。本文給出了基于同步顯示上位機(jī)信息顯示設(shè)計(jì)。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件分為三個(gè)部分。首先,通過(guò)顯卡顯示信息實(shí)時(shí)提取電路從顯卡中實(shí)時(shí)提取出VGA單色數(shù)字視頻信號(hào)、像素時(shí)鐘、行同步、幀同步,經(jīng)過(guò)處理后由輸出介質(zhì)傳輸過(guò)去;第二部分是CRT視頻信號(hào)到LED顯示信號(hào)轉(zhuǎn)換電路,該電路把傳輸介質(zhì)傳送過(guò)來(lái)的圖像信號(hào)經(jīng)選擇、存貯、讀取、分配,轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)于LED點(diǎn)陣屏的顯示信號(hào);第三部分是LED驅(qū)動(dòng)板,它接收轉(zhuǎn)換后的LED顯示信號(hào),并分配給LED點(diǎn)陣屏對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn),驅(qū)動(dòng)LED顯示。

二、顯卡顯示信息實(shí)時(shí)提取電路

在VGA方式下,當(dāng)在VGA上顯示某種顏色時(shí),首先由視頻存貯器輸出一個(gè)顏色號(hào),該顏色號(hào)實(shí)際上是用于選擇調(diào)色板寄存器的,被選中的調(diào)色板寄存器又產(chǎn)生一個(gè)八位索引地址,用來(lái)選擇數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC顏色寄存器),DAC顏色寄存器共有256個(gè),每個(gè)寄存器由18位組成,當(dāng)選中某個(gè)顏色寄存器時(shí),同時(shí)將其中的18位數(shù)字信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成為模擬紅、綠、藍(lán)三色信號(hào),送模擬監(jiān)視器,實(shí)現(xiàn)掃描顯卡。

當(dāng)VGA工作在顯示模式18時(shí),即十六色模式的時(shí)候,調(diào)色板寄存器輸出的八位索引地址的低四位(從P0到P3)實(shí)際上就是數(shù)字視頻信號(hào)藍(lán)、綠、紅以及亮度信號(hào),我們可以利用VGA的這一特點(diǎn),直接提取單色數(shù)字視頻信號(hào)。在實(shí)際電路中,通過(guò)顯卡26芯特征插座來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。其中P0到P7為八位索引地址,17腳、21腳、23腳分別為像素時(shí)鐘、行同步、場(chǎng)同步。特征插座一方面把這些信號(hào)送往顏色寄存器反模擬監(jiān)視器,另一方面可以對(duì)外輸出,所以,我們從顯卡26芯特征插座上直接提取出一路單色視頻信號(hào),經(jīng)八位串轉(zhuǎn)并變換后經(jīng)長(zhǎng)線傳輸出去,同時(shí)提取出像素時(shí)鐘、場(chǎng)同步信號(hào)、行同步信號(hào),用于以后的信號(hào)轉(zhuǎn)換及顯示。

八位串/并轉(zhuǎn)換是基于兩方面的原因:
一是因?yàn)樵赩GA圖形模式下,一個(gè)像素由八位組成,八位并行輸出實(shí)現(xiàn)了一個(gè)像素一個(gè)像素的傳輸;
二是八位串/并轉(zhuǎn)換降低了數(shù)據(jù)傳輸速率,便于長(zhǎng)線傳輸。

VGA掃描時(shí)序與LED屏幕掃描時(shí)序有所不同,因此,必須把VGA視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)于LED大屏幕的顯示信號(hào),這主要通過(guò)對(duì)兩片SRAM

(SRAM1和SRAM2)的讀寫(xiě)來(lái)完成。兩片SRAM交替處于讀寫(xiě)狀態(tài),假設(shè)在某一場(chǎng)時(shí),SRAM1處于寫(xiě)狀態(tài),SRAM2處于讀狀態(tài),這時(shí),SRAM1的寫(xiě)信號(hào)有效,讀信號(hào)無(wú)效,同時(shí),寫(xiě)地址發(fā)生器產(chǎn)生的寫(xiě)地址被選通輸入SRAM1,這樣,就把數(shù)字視頻信號(hào)寫(xiě)入SRAM1;對(duì)于SRAM2,寫(xiě)信號(hào)無(wú)效,讀信號(hào)有效,同時(shí),選通讀地址輸入SRAM2,從而讀出SRAM2中前一場(chǎng)已寫(xiě)入的數(shù)據(jù),用于分配、傳輸和顯示。

(一)VGA視頻信號(hào)的選擇

VGA視頻的分辨率與LED大屏幕不同,在本系統(tǒng)中,我們實(shí)現(xiàn)的LED大屏幕的分辨率為256×128,而VGA工作于18模式時(shí),其分辨率為640×480,這樣,LED屏幕不能完整顯示整個(gè)視頻圖像,而只能選取其中一部分進(jìn)行同步顯示。VGA視頻圖像的選擇,是通過(guò)寫(xiě)地址發(fā)生器和讀地址發(fā)生器來(lái)完成的。寫(xiě)地址發(fā)生器在產(chǎn)生寫(xiě)地址的同時(shí),產(chǎn)生一個(gè)寫(xiě)控制信號(hào),該控制信號(hào)在一幀中選定行期間有效,其余時(shí)間無(wú)效,從而僅被選擇行的數(shù)據(jù)寫(xiě)入SRAM中,完成了對(duì)于行的選擇;同理,讀地址發(fā)生器在產(chǎn)生讀地址的同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)讀控制信號(hào),它控制讀移位信號(hào)僅在選定列期間有效,即只移位讀出選定列的數(shù)據(jù),從而完成了對(duì)VGA視頻信號(hào)列的選擇。

(二)SRAM數(shù)據(jù)的讀出、分配

SRAM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),需要按一定的順序讀出、分配,使它對(duì)應(yīng)于LED大屏幕,這里,我們采用分區(qū)電路的方式,即把整個(gè)LED大屏幕按16的倍數(shù)分區(qū),LED大屏幕共有256行,所以分為十六個(gè)分區(qū)。數(shù)據(jù)的讀出分配按下面的順序進(jìn)行:首先是第一分區(qū)第一行第一個(gè)像素,然后是第二分區(qū)第一行第一個(gè)像素,……第十六分區(qū)第一行第一個(gè)像素,接下來(lái)是第一分區(qū)第一行第二個(gè)像素……按這樣的順序下去,讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)八位移位寄存器并轉(zhuǎn)串輸出,從而使十六個(gè)分區(qū)對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸。

采用分區(qū)電路有兩方面的優(yōu)點(diǎn):第一,將LED大屏幕分為十六分區(qū)后,數(shù)據(jù)的傳輸速率降低為原來(lái)的十六分之一,便于數(shù)據(jù)傳輸;第二,發(fā)光二極管余輝時(shí)間短,要求屏幕刷新頻率高,如果整頻刷新,則需要的時(shí)間長(zhǎng),會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象,采用分區(qū)電路后,十六個(gè)分區(qū)同時(shí)刷新,這樣,在不增加硬件復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上,克服了屏幕閃爍現(xiàn)象。

三、驅(qū)動(dòng)電路

轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入LED驅(qū)動(dòng)電路板,圖像數(shù)據(jù)必須被準(zhǔn)確地傳送并分配到對(duì)應(yīng)的LED點(diǎn)陣像素處,系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)逐行掃描的方式驅(qū)動(dòng)LED顯示。因?yàn)楦鞣謪^(qū)數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸,所以各分區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸分配及LED驅(qū)動(dòng)是一致的。本系統(tǒng)中,采用的LED模塊是8×8dot行共陽(yáng)、列共陰模塊,采用行共陽(yáng)驅(qū)動(dòng)方式,即圖像數(shù)據(jù)輸入陰極,通過(guò)在共陽(yáng)極施加高電平驅(qū)動(dòng)LED顯示。圖像數(shù)據(jù)的輸入是通過(guò)八位移位寄存器595,每一個(gè)595芯片對(duì)應(yīng)一個(gè)LED模塊,一場(chǎng)開(kāi)始時(shí),首先,移位信號(hào)控制第一行數(shù)據(jù)輸入,當(dāng)一行數(shù)據(jù)全部移位進(jìn)入后,出現(xiàn)一個(gè)鎖存信號(hào),數(shù)據(jù)鎖存輸出到LED模塊,同時(shí),第一行共陽(yáng)極輸入一高電平,點(diǎn)亮第一行;在第一行點(diǎn)亮期間,同時(shí)移位輸入第二行數(shù)據(jù),第二行全部移位進(jìn)入后,又出現(xiàn)一個(gè)鎖存脈沖,同時(shí)第一行共陽(yáng)極高電平消失,第二行共陽(yáng)極輸入高電平,驅(qū)動(dòng)第二行顯示,第一行熄滅……即每次點(diǎn)亮前一行的同時(shí),移位輸入第二行數(shù)據(jù),保持畫(huà)面連續(xù)。

由上述三部分硬件,實(shí)現(xiàn)了VGA視頻與LED顯示屏的同步顯示,使LED大屏幕跟蹤VGA視頻顯示。

本系統(tǒng)信息顯示不受環(huán)境影響,可實(shí)現(xiàn)高亮度顯示,且系統(tǒng)可以根據(jù)信息顯示的要求選擇屏幕大小,從而控制成本,實(shí)用性很強(qiáng),已在汽車(chē)綜合性能檢測(cè)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。本文研究的雖然是單色系統(tǒng),但這種方法也可推廣到全彩色顯示系統(tǒng)。
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