摘 要 ：扫描 控 制 电路 LED 显示屏 是将 视 频输 入信 号 转换 为 LED 屏 扫 描 显 示所 需要 的 具有 灰 度信 息的数据 ，并产生相 关的 时序 控制 信 号。本 文提 出 了一 种 用 FPGA 和 CPLD 器件 实现灰 度 扫 描 和 扫描 控 制 电路 的 设 计 方 法 。

关 键词 ：LED 显示屏 ；可编程 器件 ；扫描控 制

1 系统设计

LED显 示屏 的显 示控 制 系统 由视 频 采 集 系统 、 主控 系统 、数 据 分 配 电路 和 LED恒 流 驱 动 电路 等组 成 。在主 机控 制 电路产 生 的信号控 制 下 ，显示 数据被 存储到帧存储器中，然后再传输到数据分配 电路，在 读 出逻辑 的控 制 下送 到 各个 LED恒 流驱 动 电路 ，最 后 在 LED屏 幕 显示 出图像 。 本 文重 点 介绍 LED屏 的灰 度 系统 。

显示控 制 系统 利用 FPGA 和 CPLD可 编程 器件 实 现显示 过程 的逻 辑控 制 。这种 在线 可编程 设计 ，使 系统的升级和维护更加 方便和容易，而且大大提高 了控 制 系统 的可靠 性 。常 用 FPGA和 CPLD器 件 主 要 产 自 Altera、Xilinx和 Lattice公 司 ，现 以 美 国 Lattice公司的CPLD器件为例，介绍控制电路的设计。

系统 硬件 分 为三 个部 分 。第 一部 分是 显 卡显 示 信息实时提取 电路，其功能是从显卡中提取出 CRT 单 色 数 字 视 频 信 号 、像 素 时 钟 (PCLK)、 行 同步 (HSYNC)和帧同步(VSYNC)等信号 ，经过处理后 由 长线传输出去。第-{1~分是信号转换 电路，其功能是 把长线传输来的 CRT图像信号经过选择、存贮、读 取和分配后 ，转换成 LED显示信号。第三部分是 LED驱动板 ，其功能是接收 LED显示信号 ，并分配 给 LED屏对 应 的像素 点 ，驱 动 LED显 示。

全彩屏又称三基色屏 ，其发光像素 由红 、绿、蓝三种基 色的 LED发光二 极管组成 。我们采 用发 光波长 为 480nm 的 InGaN蓝管、发光波长为 515nm 的 InGaN 绿管和 发光波长为 637nm 的 ALGaAS红 管产生三基 色 ，可以提供逼真的全色 ，而且具有较大 的颜色范围。

2 灰 度 的 实现

采 集 ／发送子 系统 以每秒 不 少于 60幅的帧 频 ， 采集经 y子系统输出的 24Bits真彩色信号，并以 双存贮器交替工作 方式写入 自带的显示缓存中。在 中心处理单元的控制下 ，完成灰度 的权值变换 ，通过 LVDS差分和超五类双绞线通道 ，送至接收 ／灰度处 理子系统 。每个基色有 20、21、22、23、24、25、26、27 等八 个权 值 分量 ，通过 CPLD控 制 ，送 至恒 流驱 动单 元板 ，实现 256级灰 度控 制。

采 集 ／发送子 系统 的主控 芯 片 MC采 用 Lattice 公 司 的 CPLD 器 件 一封 装 形 式 为 100PQFP 的 ispMACH4A5—128／64—10YC。 它通 过 帧 同步 信 号 NVS、行消隐信号 NBLK和点时钟 CLK产生地址控 制逻 辑 ，逐 点 采 集 24Bits真 彩 色信 号 ，并 写入 到 交 替工作的存贮器中。该存贮器芯片选用 IDT71024—12 或相兼容的美国 ISSI的 IS61C1024—12J。当帧同步 信 号 NVS负跳 变 时 ，主控 芯 片 MC产生 存贮 器 交替 控制信号 ，将刚写入的最新一帧真彩色信号进行灰 度 的权 值 变 换 ，通 过 UR0、UR1、UG0、UG1、UB0、UB1(MC3487或 DS90C031B)差 分 至 超 五 类 双 绞 线上 ，并 由 UC0(MC3487或 DS90C031B)差 分输 出变换后的帧同步信号 ONVS、点时钟 OCLK、行消 隐信号 ONBLK和内部同步信号 ADO。

接收／灰度处理子系统的主控芯片 F1亦采用美国 Lattice公 司的 CPLD器件 ispMACH4A5—128／64— 10YC。它通过来 自采集 ／发送子系统的帧同步信号 ONVS、行消隐信号 ONBLK、点时钟 OCLK产生地 址控制逻辑 ，逐点采集 24Bits真彩色权值信号 ，并 写入到交替工作 的存贮器 中。该存 贮器 芯片选用 IDT71024—12或相兼容的美国 ISSl的 IS61C1024 — 12J。当内部同步信号 ADO跳变时，主控芯片 F1 产生存贮器交替控制信号和电子显示屏行列地址寻 址信号 ，将刚写入的最新一帧真彩色信号进行电流 等效化 ，逐 点逐线地送至恒 流驱动板 ，完成 24Bits 真彩色画面的显示和刷新。三种基色各级灰度的不同组 合能产生 1024x1024X1024种颜色，即 1024M 色。

在高速动态显示时 ，LED的发光亮度与扫描 周 期内的发 光时间成正比，通过控制 LED的发光时间 与扫描周期的比值 ，即调制占空 比就可实现灰度级 显示。若每 帧(扫描 )周期为 了-，采用 8行扫描 方式 时，每行的总选通时间为 T／8。将每周期内 LED的总 发 光 时 间 依 次 调 节 为 0，T／(8X16)，2T／(8X16)，…， 15T／(8X16)，这样 ，LED的发光时间被分为 16个等 级，也就实现了 16级灰度。

从视频控制模块传来的数据 为并行数字数据 ， 不能直接用于 LED的扫描显示 ，必须通过时序译码 转换 ，才能变为含有灰度信息的由 ”1I和 ”0”组成的 编码序列，以供扫描显示使用。输入的并行图像数据 为红、绿 、蓝各五位 ，这样每种颜色就可以实现 32级 灰度 (2s=32)，也可以取 高 4位数据 实现 16级灰 度 (2=16》，视需要而设定。现取高 4位实现 16级灰度 ，其 灰度调制系数与编码值的对应关系如表 1所列。

设有一个长度为 16个时间单位 t的编码序列， 其 中 t=T／(8X16)，该序列 中有 i个 “1”和 16一i个 。0。，组成 编码 序列 为 111… 10000… 0 (1) i个 16一i个

以这个编码 序列调制 LED：”1I为发光 ，”0”为不 发光 ，则 LED实际的发光时间为 “i)=Txi／(8X16) (2) 式(2)中， 实际就是 LED的导通脉 冲宽度，而且 是 i的函数，于是该 LED便具有 了第 i级灰度的发 光亮度。式(2)代表着产生 LED第 i级灰度所需的一 组编码序列 ，称 为调制序列。 由式(2)可计 算出第 i 级 灰度 对应 的 占空 比为 t(i)／T-i／(8X16) (3)

3 结束语

利 用 可 编 程 逻 辑 器 件 并 采 用 eda工 具 实 现 LED显示屏的灰度显示，降低 了设计难度 ，缩短 了开 发周期。同时 ，由于只需一片集成电路即可实现过去 需要几十片中规模集成 电路的控制功能 ，印刷板面 积大大缩小，系统抗 干扰能力显著增强。此外采用 ISP功能给电路板 的调试和 系统 的维护带来 了很大 的方便 ，并且有利于系统 以后的升级和重构。