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LED大屏幕扫描控制系统设计

作　者: 李锋
导　师: 张玲
学　校: 重庆大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: LED显示屏灰度扫描千兆以太网 SDRAM控制器 FPGA
分类号: TN873
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 200次
引　用: 1次
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内容摘要

LED大屏幕显示系统是一种综合应用电子技术、光电技术以及控制技术的高科技产品,因具有动态范围广、亮度高、响应速度快、工作性能稳定等特点日渐成为显示媒体中的佼佼者,现已广泛应用于工业、广告、体育赛场、交通等诸多领域。目前,LED显示屏屏体结构和用户要求的显示参数都趋于多样化,而传统的扫描控制系统支持的屏体结构单一,难以满足用户需求,因此,设计一种支持多种屏体结构,满足不同用户要求的扫描控制系统具有很好的应用前景。本论文设计一套支持多线扫描屏体的扫描控制系统,其分辨率、灰度级以及亮度级均可按用户要求调整。系统以计算机的数字可视化接口(DVI)输出作为数据源,以千兆以太网作为传输媒介,将计算机中的视频图像实时动态的显示在LED大屏幕上。主要内容包括以下几个方面:1.分析现有的视频数据远距离传输方式及工作原理,设计与千兆以太网进行数据交换的数据收发电路,通过选择正确的传输方式和耦合方式,确定相应的系统参数,保证数据交换的实时性和稳定性。2.分析视频数据在扫描控制系统中的组织结构以及存储方式,设计以大容量SDRAM为存储器的数据缓存模块,针对SDRAM操作时序的复杂性,应用硬件描述语言实现SDRAM制器,以方便其它逻辑模块对SDRAM的读写操作。3.分析LED显示屏驱动电路的接口时序,LED显示屏的灰度形成原理以及扫描原理,设计扫描信号产生模块,驱动屏体显示,并使系统支持多亮度级的调节。4.设计视频数据的组织结构,使系统支持多线扫描屏体,设计数据在缓存模块中的存储方式以及数据读写控制逻辑,使系统更加灵活,能支持多种分辨率以及多灰度级的调整。所设计的LED大屏幕扫描控制系统,其各模块的仿真和测试结果表明设计达到要求,整个控制系统可驱动多线扫描屏体,并且分辨率,灰度等级和亮度级均可按用户要求进行调整,具有较高的应用价值。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 LED 显示屏概述  9-10
  1.2 计算机图像显示相关知识  10-11
  1.3 数字系统逻辑设计概述  11-13
    1.3.1 专用集成芯片与可编程逻辑器件简介  11
    1.3.2 FPGA 设计流程  11-12
    1.3.3 硬件描述语言及ISE 简介  12-13
  1.4 课题来源，意义及主要研究内容  13-15
    1.4.1 课题来源  13
    1.4.2 课题意义  13
    1.4.3 课题研究内容  13-14
    1.4.4 论文章节安排  14-15
2 灰度显示原理及总体方案设计  15-23
  2.1 发光二极管结构和发光原理  15-16
  2.2 人眼视觉惰性和临界闪烁频率  16-17
  2.3 LED 屏灰度显示基本原理  17-20
    2.3.1 LED 显示基本知识  17
    2.3.2 LED 灰度形成原理  17-20
    2.3.3 LED 显示屏刷新原理  20
  2.4 LED 显示屏系统结构  20-21
  2.5 扫描系统总体方案设计  21-22
  2.6 本章小结  22-23
3 数据收发模块设计  23-27
  3.1 数据收发电路设计  23-26
    3.1.1 以太网芯片的简介  23-25
    3.1.2 RTL8212 与FPGA 的接口设计  25-26
  3.2 本章小结  26-27
4 数据缓存模块设计  27-37
  4.1 SDRAM 的简介  27
  4.2 SDRAM 基本操作  27-30
    4.2.1 SDRAM 芯片的初始化  27-28
    4.2.2 SDRAM 的行/列寻址  28
    4.2.3 SDRAM 的读/写操作  28
    4.2.4 预充电  28-29
    4.2.5 刷新  29
    4.2.6 SDRAM 寄存器的配置  29-30
  4.3 SDRAM 控制器的实现  30-36
    4.3.1 SDRAM 芯片介绍  30-31
    4.3.2 SDRAM 控制器的接口信号  31-32
    4.3.3 控制器工作原理  32-33
    4.3.4 控制器初始化操作  33-34
    4.3.5 控制器读，写及刷新操作  34-36
  4.4 本章小结  36-37
5 扫描控制模块设计  37-65
  5.1 FPGA 型号选择  37-38
  5.2 扫描控制模块原理框图  38
  5.3 数据解析模块  38-41
    5.3.1 参数数据包  39-40
    5.3.2 视频流数据包  40-41
  5.4 反GMA 校正模块  41-44
    5.4.1 GMA 校正原理  41-43
    5.4.2 LED 显示屏反GMA 校正  43-44
  5.5 数据重组模块  44-46
  5.6 数据读写控制模块  46-53
  5.7 扫描信号产生模块  53-57
    5.7.1 显示驱动模块单元  53-54
    5.7.2 驱动模块组接口时序  54-55
    5.7.3 移位时钟产生模块  55-56
    5.7.4 锁存信号产生模块  56
    5.7.5 使能信号产生模块  56
    5.7.6 行选信号产生模块  56-57
  5.8 系统仿真  57-60
  5.9 扫描参数分析  60-63
    5.9.1 锁存信号、使能信号与屏体亮度以及帧频之间的关系  60-61
    5.9.2 屏体亮度分析  61-62
    5.9.3 移位时钟约束  62-63
    5.9.4 存储器吞吐率分析  63
  5.10 FPGA 资源利用情况  63-64
  5.11 本章小结  64-65
6 总结与展望  65-67
  6.1 全文总结  65
  6.2 展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
附录  70

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