基于FPGA的OLED真彩色顯示設計方案

　　OLED 顯示屏的刷新頻率是60 Hz /s,即顯示一幀圖像的時間為1 /60 s,設為T,所以，行掃描起始信號stx 的周期T 為16 667 μs,占空比為1∶ 90; 因為OLED顯示屏480 × 3 行電極分組組合成為90 個Block,所以每一塊的選通時間為T /90,即185. 185 μs.而cpx 和cpbx 是一對反相不交疊的脈沖信號，占空比為50%,在脈沖信號的高電平和低電平時，都有一個Block 行像素被選通，即在cpx 和cpbx 一個周期內有兩個Block 行像素被選通，所以行掃描驅動脈沖cpx 和cpbx的周期為T /45,即370. 370 μs.

　　同理，OLED 顯示屏的列被分為80 個Block,每個列Block 的選通時間為2. 315 μs,列掃描起始信號sty的周期為185. 185 μs,占空比為1 ∶ 80.列驅動脈沖cpy 和cpby 亦是一對反相不交疊的脈沖信號，占空比為50%,在脈沖信號的高電平和低電平時，都有一個Block 被選通。由于每個列Block 的選通時間為2. 315 μs,所以列掃描驅動脈沖cpy 和cpby 的周期為4. 630 μs.

　　在每個列Block 選通期間，從FIFO 中并行讀出的8 個8 bit 數據進入數據鎖存器鎖存。在每個BLOCK選通期間都將進行一次數據的鎖存，所以數據鎖存信號Lock 的周期為2. 315 μs.因為當16 個8 位的數據裝載寄存器都載滿數據的時候才進行這144 個數據的鎖存，所以16 位移位寄存器時鐘clk _reg 的周期為0. 145 μs.從FIFO 中讀出數據的速度必須和向數據裝載寄存器中裝載數據的速度一致，則FIFO 的讀時鐘clk _ fifo 的周期也為0. 145 μs.對0. 15 μs（ 6. 896 MHz） 進行近似為7 MHz,所以令系統的基本時鐘為14 MHz,由FPGA 外部晶振產生。讀時鐘為基本時鐘的二分頻。

　　1. 5 FPGA 工作流程

　　FPGA 處理器是設計的核心部分，其工作流程為，在每個clk_fifo 時鐘周期下，從8 個FIFO 緩存中并行讀出8 個8 bit 像素數據，在時鐘clk_reg 上升沿到來時， 16 位移位寄存器發生移位，它的輸出端接16 個8位數據裝載寄存器的片選端，這樣16 個8 位數據裝載寄存器逐個被選通，此時這些數據就可以載入到16 個8 位數據裝載寄存器中，這16 個8 位寄存器的輸出端接在144 位鎖存器的輸入端上。16 個時鐘clk_reg 上升沿過后， 16 個8 位數據裝載寄存器都將依次被裝載滿，此時數據鎖存信號Lock 到達，將144 個數據鎖存到144 位數據鎖存器中，然后這些數據進入到DA 轉換模塊，轉換成16 路模擬量，送至OLED 顯示屏，完成一個Block 數據的載入。

　　在列掃描驅動脈沖cpy 和cpby 的控制下，80 個Block 依次被選通，在每一Block 被選通期間，都將進行一次144 個數據的移位寄存和鎖存，當80 個Block都鎖存完之后，一行數據的載入也就完成了。當第一行的80 個Block 數據顯示完畢后，列掃描起始信號sty過來，又開始從第一列掃描，與此同時，在行掃描驅動脈沖cpx 和cpbx 的作用下，第二行像素被選通，所以，這時將進行第二行的1 到80 個Block 的數據載入，以此類推，直到90 行數據都顯示完畢之后，行掃描起始信號stx 到來，重新選通第一行，循環往復，一幀幀地顯示數據。

　　2 仿真結果

　　選用Altera 公司Cyclone Ⅲ 系列芯片EP3C10E144C8 為目標芯片，采用Verilog HDL 語言進行設計，在GX - SOPC - EDA - EP3C10 - STARTER -EDK 開發板上進行Modelsim 仿真，仿真結果如圖4 和圖5 所示。

圖4 外圍驅動時序仿真結果

圖5 256灰度產生模擬仿真

　　由圖4 仿真結果可以看出，80 組列掃描脈沖cpy和cpby 控制80 個Block, 80 個列掃描脈沖完畢后，列掃描起始信號sty 脈沖開始，繼續掃描下一行。90 行掃描完畢后， stx 到來重新選通第一行，依此循環，符合設計的要求。

　　由圖5 仿真結果可以看出，對于輸入的8 bit 像素數據，經灰度產生模塊轉化為灰度數據。以第一個輸入數據8 hff 為例，每位的顯示時間為128∶ 64∶ 32∶ 16∶ 8∶ 4∶2∶ 1,由其不同組合，從而實現了256 級灰度的功能。

　　3 結束語

　　基于FPGA 芯片設計了分辨率為480 × RGB × 640的真彩色OLED 顯示屏的驅動電路，在傳統的子場原理和脈寬調制占空比實現灰度的基礎上，對其進行優化，采用R、G、B 單基色像素分時顯示的方法，實現了256 級灰度功能。經仿真和軟硬件協同仿真驗證，實現了設計所要求滿足的功能。其256 級灰度實現方法簡單靈活，降低了對FPGA 驅動頻率的要求，對于在高刷率、高分辨率、高灰階顯示器件上的應用，具有很高的實用價值。利用該電路系統可以實現OLED 顯示的全彩色實時動態圖像的傳輸，為今后OLED 作為大尺寸顯示器提供了技術支持。