256级灰度LED点阵屏显示原理及基于FPGA的电路设计

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256级灰度LED点阵屏显示原理及基于

FPGA的电路设计

发布: 2007-10-25 17:15 | 作者: 郑州防空兵学院电子教研室魏银库陈建| 来源: 电子设计应用| 查

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摘要：本文提出了一种LED点阵屏实现256级灰度显示的新方法。详细分析了其工作原理。并依据其原

理,设计出了基于FPGA 的控制电路。

关键词：256级灰度;LED点阵屏;FPGA;电路设计

引言

256级灰度LED点阵屏在很多领域越来越显示出其广阔的应用前景,本文提出一种新的控制方式,即逐位分时控制方式。随着大规模可编程逻辑器件的出现,由纯硬件完成的高速、复杂控制成为可能。

逐位分时点亮工作原理

所谓逐位分时点亮,即从一个字节数据中依次提取出一位数据,分8次点亮对应的像素,每一位对应的每一次点亮时间与关断时间的占空比不同。如果点亮时间从低位到高位依次递增,则合成的点亮时间将会有256种组合。定义点亮时间加上关断时间为一个时间单位,设为T 。表1列出了每一位的点亮与关断的时间分配。如果定义数据位“1”有效(点亮),“0”无效(熄灭),则表2列出了数据从00H到FFH时的不同点亮时间。由表2可知：数据每增1,点亮时间增加T/128。根据点亮时间与亮度基本为线性关系的原理,从0~255T/128的点亮时间则对应256级亮度。当然,这个亮度是时间上的累加效果。如果把一个LED点阵屏所有像素对应的同一数据位点亮一遍称为一场的话,那么8位数据共需8场显示完,称为“8场原理”。

理论上讲,8场即可显示出256级灰度,然而通过表2可看出,即使数据为FFH时,在8T时间内也只是点亮了255T/128时间。关断时间可接近6T,点亮时间仅为总时间的约25%,因此,8场原理虽也能实现256级灰度显示,但亮度损失太大。为了提高亮度,可采用“19场原理”,即8位数据分19场显示完,其中D7位数据连续显示8场,D6位连续显示4场,依次递减。表3列出了各位的点亮与关断时间。

由表3可推导出数据从00H~FFH范围的总点亮时间,如表4所示。在19T时间内,最大点亮时间可达近16T, 占总时间的84.21%,远大于“8场原理”的25%。数据每增1,点亮时间增加了T/16 ,该值大于“8场原理”的T/128。所以,“19场原理”较“８场原理”的对比度更明显,图像层次分明、表现力强。

电路设计

256级灰度LED点阵屏通常要具有能远程同步实时显示计算机视频信号的功能,涉及到的电路包括：数字视频信号的采集、数字信号的格式转换及非线性校正、远程传输及接收、灰度显示控制电路、LED点阵显示电路等。本文重点讨论“灰度显示控制电路”的设计,控制对象以红、绿双基色LED点阵屏、1/16扫描显示

电路为例。FPGA内部电路如图1所示。

因为被控对象为1/16扫描显示电路,所以显示屏每16行只需要一路数据信号即可。DRout1、DGout1即为第一个16行的红、绿基色输出信号;DRout2、DGout2为第2个16行的红、绿基色输出信号。以此类推。Ha、Hb、Hc、Hd的二进制编码,定义当前的数据输出应是16行中的哪一行。CP信号为数据串行输出的同步移位脉冲。LE信号为一行串行数据输出结束后的锁存脉冲, LE每有效一次,Ha、Hb、Hc、Hd二进制编码状态增1。EA为灰度控制信号,其宽度为在一个时间单位T内LED的点亮时间。当然, 不同的数据位其宽度不同, 具体由表3决定。一个时间单位T即一行串行数据的传输时间,也即LE信号的周期,其大小取决于屏

宽的像素点数量和CP信号的频率。

DRin1~8和DGin1~8为红、绿数据输入信号,分别对应第1个16行点阵区到第8个16行点阵区。Cpin为

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