廣西城市職業(yè)學(xué)院 諸葛橋忠

嵌入式LED全彩屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廣西城市職業(yè)學(xué)院 諸葛橋忠

現(xiàn)在常見的LED全彩屏由于其使用壽命長、安裝方便、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛使用。LED全彩屏控制系統(tǒng)往往采用計(jì)算機(jī)作為其視頻源，但是在一些較為特殊的場合，由于計(jì)算機(jī)的體積較大、控制成本較高，所以本文探討了嵌入式處理器代替計(jì)算機(jī)作為視頻源的可能性，并對這項(xiàng)系統(tǒng)加以研究，旨在降低控制成本，從而簡化控制系統(tǒng)

LED全彩屏；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、LED驅(qū)動(dòng)電路

對于目前的LED全彩顯示屏來說，屏幕中所包含的每一個(gè)像素都是由紅藍(lán)綠三原色LED燈作為主要彩色屏，與常規(guī)的顯示器采用的原理相同。在進(jìn)行色彩改變時(shí)，通過改變?nèi)N色彩不同的光照強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)圖形以及色彩的還原，從而顯示出各個(gè)色彩的圖像。

就目前所使用的LED大屏顯示器是通過多個(gè)箱體所組成的系統(tǒng)，而使用的箱體則是采用鋼作為外殼，從而起到固定框架的作用。箱體中含有多個(gè)LED驅(qū)動(dòng)板，生活中所使用的LED驅(qū)動(dòng)板的像素行列規(guī)格包括：8X8、16X16、32X16等，通常來說，一個(gè)箱體中所常見的驅(qū)動(dòng)板行列規(guī)格是4X4、6X4、8X8等，各個(gè)廠家生產(chǎn)的規(guī)格一般不相同。

現(xiàn)在市場上大多數(shù)使用的恒流驅(qū)動(dòng)芯片對LED進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，市面上常見的恒流驅(qū)動(dòng)芯片為東芝公司生產(chǎn)的62726、TI的TLC5942、聚積公司的MBI5028等。

常見恒定電流驅(qū)動(dòng)通常有16個(gè)以上的等電流輸出通道嗎，電流輸出功率恒定，不會(huì)受到負(fù)載端電壓變化的影響，還可以在電路外部進(jìn)行外界電阻改良，從而對輸出電流進(jìn)行調(diào)整，從而控制電流的增益程度。這種控制方式有助于改善LED顯示屏的白平衡矯正。輸出點(diǎn)流的范圍一般為5-90mA，各個(gè)電流通道之間所存在的差異一般為±3%左右，芯片之間的電流差異為±6%。

二、嵌入式處理器的選型

嵌入式播放單元是嵌入式LED全彩屏發(fā)送卡的一部分重要部件。播放單元的作用主要是從本地儲(chǔ)存器中對各種格式的視頻文件進(jìn)行識(shí)別和播放，并為圖像數(shù)據(jù)分發(fā)的工作提供24位的數(shù)字圖像信號(hào)以及串口控制信號(hào)。就目前而言，隨著科技的不斷發(fā)展，還可以通過在網(wǎng)絡(luò)更新的SD卡上進(jìn)行視頻文件的添加和刪除。

除此之外，嵌入式處理器在進(jìn)行選型時(shí)，往往需要注意處理器對音視頻的解碼能力，而且處理器中是否包含CODEC等協(xié)處理器也是進(jìn)行處理器選擇的重要要求。如果有一定的特殊要求，還應(yīng)當(dāng)對處理器的外部拓展能力進(jìn)行一定的選擇，例如是否支持SD卡、CF卡、IDE硬盤等功能，處理器中是否集成網(wǎng)絡(luò)MAC等功能。如果對顯示屏的體積有所要求的話，還應(yīng)當(dāng)選擇其是否能夠支持液晶輸出，除此之外，圖像數(shù)據(jù)的位數(shù)以及所支持的最大分辨率也會(huì)影響顯示屏的清晰度。在滿足各個(gè)性能時(shí)，最后應(yīng)當(dāng)對性價(jià)比、建設(shè)成本、管理成本等因素進(jìn)行一定的考量。

三、圖像數(shù)據(jù)分發(fā)單元硬件框架

目前使用的數(shù)據(jù)分發(fā)單緣接收方式主要是通過嵌入式播放單元作為數(shù)字圖像信號(hào)，并將接收到的圖像數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中進(jìn)行緩存，在系統(tǒng)中完成保存后，再將一行數(shù)據(jù)作為一個(gè)單位，將信息打包進(jìn)行發(fā)送，并通過接受卡將圖像從驅(qū)動(dòng)中進(jìn)行屏體顯示，與此同時(shí)，屏幕亮度、屏體大小、掃描走線等數(shù)據(jù)也一起被發(fā)送到顯示屏上。

在本次設(shè)計(jì)中涉及到的圖像信息采集與傳輸中包含大量的并行時(shí)序設(shè)計(jì)，而目前行業(yè)中所使用的FPGA是最適合進(jìn)行時(shí)序處理的圖像分發(fā)硬件。本次設(shè)計(jì)采用ALTERA公司生產(chǎn)的Cyclone III系列中的EP3C5F256C8作為主要研究對象。Cyclone III FPGA是ALTERA生產(chǎn)的Cyclone系列的第三代產(chǎn)品，在65納米級的生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了低功耗、低成本和高性能的突破，其具備1.7倍的邏輯運(yùn)算速度、3.5倍的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)硬盤，其計(jì)算速度達(dá)到了260MHz。這項(xiàng)系統(tǒng)中采用的EP3C5F256C8中，包含了182個(gè)IO、5136個(gè)LE、414Kbit的RAM等資源。

在這項(xiàng)產(chǎn)品進(jìn)行使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)將FPGA進(jìn)行主動(dòng)串行，通過FPGA對同步信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)輸出控制，將信號(hào)發(fā)送到專用的串行配置芯片中，當(dāng)配置芯片接受到信號(hào)后，就能夠?qū)⑴渲脭?shù)據(jù)反饋給FPGA，這項(xiàng)過程就是FPGA配置過程。采用這種配置方式的主要原因是系統(tǒng)在使用時(shí)，外圍電路相對簡單，安裝較為便捷；同時(shí)，這種配置方式加載速度較快，適合需要快速運(yùn)行的系統(tǒng)。但是這種方式需要全程采用專用芯片作為系統(tǒng)支持，這就導(dǎo)致了系統(tǒng)安裝的成本較高，而想要對系統(tǒng)中的程序進(jìn)行更新，就需要采用專用下載線和計(jì)算機(jī)進(jìn)行升級，升級工作較為麻煩，所以這項(xiàng)配置不適用于需要頻繁升級的配置。

四、接受卡的設(shè)計(jì)

LVDS解串器使用的是美國國家半導(dǎo)體公司所研發(fā)的DS92LV1210，其中所使用的發(fā)送卡中的LVDS串化器一般配套DS92LV1201。而DS92LV1210在使用時(shí)需要通過晶振提供一個(gè)時(shí)鐘作為參考，對并行時(shí)鐘和數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。

在FPGA選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇ALTERA公司所生產(chǎn)的Cyclone I系列中的EP1C6Q240，這款芯片中包含了5980個(gè)邏輯運(yùn)算單元，20個(gè)M4K RAM（128x36Bits），其中包含了92.16Bits RAM，并且內(nèi)部具有2個(gè)PLL鎖單元，用戶在進(jìn)行使用時(shí)，可以選用I/O 185作為主要的資源處理工具，從而實(shí)現(xiàn)接受卡的功能，同時(shí)這樣的配置能夠降低安裝成本。SDRAM可以使用32位數(shù)據(jù)的SDRAM，型號(hào)與發(fā)送卡中所使用的SDRAM型號(hào)相同，采用的型號(hào)是HY57V643220DT-6。

每個(gè)插座驅(qū)動(dòng)中一般包含了5列燈板，其中包含了32x16像素的數(shù)據(jù)點(diǎn)陣，通過這樣的設(shè)計(jì)方式，每個(gè)插座中可以對160x16個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，接收卡中的15個(gè)插座中最多能夠?qū)?60x240個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通常情況下，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求增加或刪減接受卡，從而提高系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的像素?cái)?shù)據(jù)。

[1]付進(jìn)華．基于同步DMX512協(xié)議的嵌入式LED控制系統(tǒng)的研究[D]．廣東工業(yè)大學(xué),2011．

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