基于FPGA的LED大屏幕同步控制系统的设计.pdf

摘要 摘要 随着现代信息技术、半导体技术和图像处理技术的发展，LED全彩屏产业发展迅速。FPGA作为一种 半定制电路，具有设计周期短、开发灵活、实时信号处理和系统控制能力强等优势。本文基于FPGA技术， 给出了一种LED大屏幕同步控制系统的设计方案，具有适配度广、性价比高等特点。 本文首先分析了LED全彩屏的显示控制原理，针对高灰度等级下难以实现较高屏幕刷新率这一难点， 通过引入子场的概念，给出了二者关系的数学模型，并提出了解决方案，还结合脉冲打散算法，改善了高 灰度等级下的屏幕闪烁现象。 其次，本文结合控制系统的设计需求，给出了全彩屏同步控制系统的硬件方案，在保证性能的前提下， 有效降低了系统成本。 再次，本文对传输系统的通信协议进行了重新设计，给出了板卡之间的互联通信方式。通过去除不必 要的数据包头，显著提高了有效数据的传输效率；通过引入命令帧，实现了对接收卡参数的实时配置；通 过引入行场同步帧，实现了视频信息同步和帧类型识别等功能，解决了带宽浪费和小屏幕显示同步性不高 的问题。 最后，本文对发送系统与接收系统分别进行了数字逻辑设计，以更少的逻辑资源占用实现了更高的性 能。在发送系统上，根据数据读写的特点，自行设计了SDRAM控制器，通过去除同行突发读写的间隙， 使数据的吞吐效率显著提高；结合全彩屏的工作原理，设计了适配的地址分配方案，新方案占用的逻辑资 源更少，对硬件的性能要求更低，可靠性更高。在接收系统上，本文利用查表法，实现了对多个屏幕显示 参数的综合调节；结合全彩屏的显示特点，完成了对数据的完全重构，在高灰度等级下实现了较高的刷新 率。控制系统整体的性价比显著提高，维护成本得以降低。 关键词：LED 全彩屏，FPGA，刷新率，灰度，显示控制 I Abstract Abstract With the development ofmodern information technology, semiconductor technology and imageprocessing technology, LED full-color screen industry has developed rapidly.As a semi-customized circuit, FPGA has the advantages of short design cycle, flexible development,powerfulreal-time signalprocessing and system control capabilities.A design scheme of synchronous control system for large LED screen based on FPGA technology isgiven in thisthesis.The schemehasthecharacteristicsofwideadaptability andhigh costperformance. Firstly, the display control principle of full-color LED screen is analyzed in this thesis. In view of the difficulty ofhigh screen refresh rate in high gray level,the concept of sub-field is introduced,the mathematical model of the relationship between high gray level and high screen refresh rate is given, and the solution is also proposed. Combining with the pulse scattering algorithm, the screen flicker phenomenon at high gray le