基于FPGA的全彩色LED点阵显示屏控制器的设计

【摘要】：LED显示屏是由发光二极管点阵模块组成的大屏幕显示系统，可以动态显示文字、图像和视频等信息，其使用寿命长，可靠性高，功耗低，亮度高，色彩丰富，已在工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等领域得到了广泛的应用。 本文的研究对象为全彩色LED点阵显示屏控制器，提出了一个基于FPGA的软件和硬件结合的控制器实现方案。该控制器主要包括以太网接口模块、FPGA控制模块、DDR缓存模块和LED驱动电路模块。上位机软件将信息源（文字、图像或视频）载入后将其通过网线发送到与其IP地址匹配的控制器。控制器上的以太网芯片将数据以帧形式传送到FPGA控制模块，该模块对接收的数据帧进行解码，并对图像数据进行γ反校正与位分离重组。DDR SDRAM的作用是为FPGA缓存数据。最终，待显示数据和控制信号被送到LED驱动电路，驱动LED屏进行显示。 FPGA控制模块的设计是LED显示屏控制器设计的核心内容，其功能模块有：GMII接口数据通信模块、γ反校正模块、位分离和重组模块、灰度级产生模块、DDR读写控制模块、扫描与驱动控制模块和时钟模块。 GMII接口数据通信模块实现以太网交换芯片与FPGA的GMII接口通信。 γ反校正模块采用查表映射法来实现数据的γ反校正。LED显示屏的灰度扫描按权重进行，因此γ反校正后的灰度数据需进行位分离和重组，采用横向存入和纵向读出的实现方案。灰度级产生模块用于产生256级灰度。 DDR读写控制模块包括读地址产生模块、写地址产生模块和读写控制模块。读地址产生模块按照颜色和权重来产生读地址，写地址产生模块按照颜色数据来产生灰度数据的存储目的地址，读写控制模块控制DDR存储器的读写操作。 LED扫描与驱动控制模块产生驱动控制信号并将图像数据送到驱动电路。时钟模块为相关模块产生所需的时钟信号。 本文对全彩色LED点阵显示屏控制器的总体设计方案以及各模块的硬/软件设计进行了详细阐述，测试结果表明，该设计实现灵活，效果较好。