基于FPGA的LED大屏幕控制系統的設計實現

　　(2)亮度調節

　　本文在現有脈寬調制亮度調節技術[5]上提出了改進的亮度調節方案。本系統選用120 MHz的時鐘作為脈寬計數器的驅動時鐘，所以可以產生至少9 ns寬的脈沖。根據LED屏幕的驅動理論，選用9 ns作為最低亮度的最低灰度級的脈沖寬度，選用12灰度級時最高灰度級的脈沖寬度為9×211 ns。設豎直串行需要移2 560個數據，本系統選用12 MHz的屏幕數據移位時鐘，則2 560個數據移入屏幕需要213 μs，在灰度級脈沖寬度時間小于213 μs時，就需要等待數據移入屏幕，而在灰度級脈沖寬度時間大于213 μs時，數據移位則需要等待脈沖寬度計數完成。調節亮度是對每一個灰度級的脈沖寬度乘上一個相同的系數。以64級亮度控制為例，最高亮度時最低灰度級的脈沖寬度為9×64 ns，最高灰度級的脈沖寬度為9×211×64 ns。采用脈沖寬度調制方式實現灰度控制，則掃描完一幀圖像所需要時間由式(7)計算得出：

　　213 μs×9+294.912μs+0.589 824 ms+1.1796 48 ms=3.981 384 ms (7)

　　本系統接收的視頻源的刷新率為60 Hz，為了避免幀間圖像撕裂的現象出現，LED顯示屏的刷新率是視頻源刷新率的整數倍。視頻源的換幀時間為16.6 ms，LED顯示可以在這個時間內讀取同一幀數據進行屏幕刷新，根據上面的計算結果有 3.981 384×416.6 ms，即可得出LED顯示屏的刷新率為60 Hz×4=240 Hz。

　　本文基于Altera的低成本Cyclone II 系列FPGA EP2CQ208C設計了一種高性能、低成本的LED大屏幕控制系統。通過改進SDRAM乒乓式緩存方案既節省了FPGA的IO口，又提高了系統的靈活性。設計了一種基于FPGA的片內RAM和PC機軟件的反γ校正與灰度級設置方案，同時設計了在FPGA中實現的圖像對比度、亮度調節模塊。本系統最大可驅動1 280×1 024分辨率LED屏幕，刷新率不低于240 Hz，且灰度級、反γ校正系數、亮度、對比度等均可通過PC機軟件靈活調節。為了實現屏幕驅動面積、LED屏幕刷新率的靈活設置，今后的工作將深入討論這幾方面之間的關系以及各種設置在FPGA中的實現。

　　參考文獻

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　　[4] 孟麗瑩，成亮，閆國梁，等．基于CPLD的視頻對比度調節硬件實現[Ｊ]．科技情報開發與經濟，2008．

　　[5] 王麗莉，董金明．LED全彩屏脈沖打散顯示方案[J]．電子測量與技術，2006(8)．