專利名稱：同步全彩led顯示控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于LED顯示屏控制系統領域，具體涉及一種全彩LED顯示屏的同步控 制裝置。
背景技術：
LED屏幕顯示系統主要由信號控制系統、掃描和驅動電路以及LED屏幕組成。LED顯 示屏的控制核心是LED顯示屏控制系統，目前多采用模塊化設計結構，包括主控電路和 掃描控制電路，主控電路的任務是生成或接收LED顯示所需的數字信號(由數字信號源 如PC機，DVD等視頻發出)，并控制整個LED顯示系統的各個部件,按一定的分工和時序 協調工作。待顯示數據就緒后,主控電路首先將第一行數據送入移位寄存器并鎖存，然后 由掃描控制電路的行掃描電路選通,LED陣列的第一行點亮一段時間后再以同樣方法顯 示后續行，至完成一幀的顯示內容，如此循環往復，根據視覺暫留的原理，能夠實現讓 肉眼沒有明顯的停頓感，如果顯示屏面積很大，傳輸的數據量也非常大，則會增加顯示 系統的響應時間，引起閃爍，為提高視覺效果，可以分區并行顯示。1、 LED顯示屏控制系統原理從傳統上來講，LED顯示屏控制系統主要分成同步和異步兩種類型。其區分標準主 要是信號源、節目源與屏體顯示之間的關系。如果屏體與信號源同步到則稱之為同步LED 顯示屏控制系統，反之則稱為異步LED顯示屏控制系統。同步控制系統一般的數字信號 源為計算機的顯卡圖像信息或直接采用視頻信號源，主控系統采用硬件映射方式將圖像 內容通過采集、存儲、格式轉換等一系列處理后驅動屏體電路。同步控制系統的帶寬大、 信息處理能力強、 一般都能夠實現高灰度及高刷新率，但是造價較高、系統復雜、脫不 開信號源；異步系統簡單方便、價格便宜，但是效果較弱， 一般無法實現灰度。2、 現場可編程FPGA/CPLD控制技術設計單色及灰度等級不高的大屏幕時，可采用基于單片機的設計方案，要實現高難 度圖文動態特技顯示和多灰度級顯示時，則應選擇基于可編程邏輯器件的設計方案或基 于嵌入式技術的設計方案。現場可編程門陣列FPGA芯片的片內資源越來越豐富，許多器 件內部都集成了RAM塊。這些RAM塊可通過軟件設置成單端口RAM，雙端口RAM等滿足系 統對數據處理的需要。由于LED顯示屏視頻圖像信號頻率高,數據量大,要求可實時處理， 屏幕電路的數字邏輯復雜，采用FPGA/CPLD設計控制電路可以簡化同步LED控制系統結
構，便于調試。FPGA/CPLD器件可對其中的同步控制，主從控制，讀寫控制和灰度調制 等大量電路進行集成，使圖像數據處理更為快速，圖像更加穩定，而且系統結構緊湊， 工作可靠性提高。發明內容本實用新型的目的是，提供一種同步全彩LED顯示控制裝置，簡化LED顯示屏同步 控制系統的結構，并提供PCI接口和USB接口，方便用戶根據需要選擇不同的通訊方式。本實用新型的技術方案是同步全彩LED顯示控制裝置，由上位計算機控制總線連 接，并設有主控板、HUB掃描卡、LED顯示屏總線模塊，主控板和HUB掃描卡各由一塊 FPGA或CPLD芯片電路構成，主控板的FPGA芯片輸入端連接顯卡輸出端口， HUB掃描卡 的FPGA芯片電路輸出端連接LED顯示屏總線端口，上位計算機控制系統總線連接主控 板和HUB掃描卡FPGA芯片的接口電路，LED顯示屏端口及驅動電路連接LED顯示屏。FPGA 芯片電路可由CPLD芯片電路替換。本實用新型進一步改進是主控板的接口電路上設有PCI接口和USB接口。本實用新型由主控卡和HUB掃描卡以及轉接板組成，支持實像素和虛擬象素。主控 制卡設有PCI接口和USB接口，用戶可根據需要來選擇不同的通訊方式。本實用新型綜 合運用單片機技術和FPGA/CPLD技術，利用單片機實現數據的處理，存儲和通信功能， 利用FPGA/CPLD實現數據的灰度調制，掃描顯示等功能，這種方案對單片機和FPGA/CPLD 的資源要求都不是很高，電路設計也相對較容易，既保證了顯示效果，又節約了設計成 本。由于應用了高級FPGA技術，可遠程管理主控制卡和HUB掃描接收卡，通過INTERNET 更新控制系統版本。
圖l為同步控制系統示意圖。圖2為普通異步控制系統示意圖。圖3為本實用新型主控板FPGA芯片電路框圖。圖4為本實用新型HUB掃描卡FPGA芯片電路框圖。圖5為本實用新型主控板原理圖。圖6為本實用新型HUB掃描卡原理圖。圖7為本實用新型系統框圖。
具體實施方式
本實用新型裝置在PCB母板上完成全部功能。母板上安裝有1、主控板部分；2、
HUB掃描卡，用于完成上屏數據的結構調整、傳輸、刷新、色彩校正處理；3、供電系統， 用于完成系統電源的轉換和供給；4、控制系統總線，用于主控板和HUB掃描卡FPGA器件 及外圍接口之間的數據傳遞和控制；5、主控板設有PCI接口和USB接口，可選擇不同的 通訊方式，LED顯示屏接口和驅動用于顯示數據的上屏連接。如圖3所示，本實用新型主控板FPGA芯片電路分為初始狀態賦值模塊，數據接受模 塊，數據輸出模塊，存儲器切換模塊。其中初始狀態賦值模塊與計算機PCI總線連接， 通過與計算機的PCI總線的通訊，對主控制模塊進行初始狀態的賦值，確定顯示的方式， 數據截取的坐標等等；數據接收模塊輸入端接顯卡，輸出端連接存儲器，其功能主要是 接受由顯卡傳送的數據，并根據主控制模塊傳送的控制字確定截取的數據，并把截取的 數據發給此時接受數據的RAM;數據輸出模塊輸入端與存儲器相連，其主要功能是根據 主控制模塊的控制從RAM中讀取數據，并把數據轉化成輸出所需的格式輸出；存儲器切 換電路的輸入端與顯卡相連，其功能是根據顯卡的幀同步信號來確定切換的時機，保證 顯示模塊能夠取到正確的數據。圖5是主控板的整體原理圖。圖4為本實用新型HUB掃描卡FPGA芯片電路框圖，包括緩沖電路、色彩校正、存儲器 和時鐘電路等，圖6是HUB掃描卡的整體原理圖。本實用新型支持PCI總線配置，采用高精度四層PCB板設計，有效降低電磁干擾， 能夠實現網絡線(超五類)或光纖的雙向通訊，雙卡8G帶寬，支持分辨率2048X1280 X48位X60HZ傳輸。同時，控制系統中采用的所有器件均為無鉛產品(見各產品認證 書)，在生產過程中嚴格按照無鉛制程生產，因此確保了該產品符合歐盟RoHS無鉛環保 要求。我公司同時推出的配套軟件更加靈活簡便，使得新系統更加完備。 1、 1000BaseT千兆通訊傳輸技術1) 一根UTP5E網線可同時支持雙向1Gbps的數據傳輸， 一塊主控制卡可配置兩根網線。 每根網線可以提供lGbps從主控卡到HUB掃描卡的傳輸帶寬以傳輸顯示信息和用戶自定 義數據(如聲音，屏體電源控制等等)，同時每根網線還可以提供lGbps從HUB掃描卡 到主控制卡的傳輸帶寬，可以實時監控LED屏的工作狀態，如屏體上每個點的通斷狀 態(需要LED驅動芯片支持或者特殊屏體設計)，顯示屏的工作電源是否異常，還可以 回傳攝像頭的監控信息。2) 主控制卡的傳輸部分采用電磁隔離技術，支持帶電熱插拔；支持DVI接口，同時支 持DVI顯卡和多媒體卡，支持單模、多模光纖傳輸，傳輸最長可達10公里；可以低廉 的代價方便的實現數據的中繼，分發，光纖遠距離傳輸。2、 髙級FPGA技術應用本實用新型采用單片超大規模集成電路設計作為主控芯片，應用了XILINX FPAG 的內嵌DSP技術和內嵌32bit處理器每個單元屏幕最大可達每種顏色16K級灰度，刷 新頻率最大可達1000HZ以上。1) 實現了顯示屏色度空間轉換，使得顯示屏的色彩還原度更好。2) 可以遠程管理主控制卡和HUB掃描接收卡，通過INTERNET更新控制系統版本。3) HUB板掃描卡配置靈活，可以獨立工作，顯示客戶LOGO,可根據具體屏體和性能要求 調整控制像素的數目，可以支持單箱體模式，并可以顯示多達256幅的自定義圖像， 并支持屏體測試功能。3、 髙級顯示屏驅動芯片支持本實用新型支持各種高級特性顯示屏驅動芯片，高度集成的專用驅動芯片，集行、列控制及一些外圍驅動電路于一身，使單元的控制、驅動更為簡單。系統的穩定性可靠1) 支持逐點，逐芯片電流增益調整，可以校正每個點，每個箱體和整屏的色差校正，客戶校正信息可以自由選擇儲存在PC內，主控制卡上和HUB掃描卡上，方便使用和 維護。2) 支持單點通斷狀態實時檢測，實時回傳。3) 支持內建12,16BITPWM芯片，使顯示屏的對比度更高，色彩更逼真，同時降低了系 統的EMI干擾。無信號時，顯示屏自動關閉；支持鎖屏功能。4、 其它功能特點用戶用圖形描述出屏體單元板的驅動結構，系統就可自動產生和屏體一致的驅動時 序。支持一塊主控制卡控制多塊屏，多塊屏的工作狀態可任意組合、同步顯示、獨立播 放等，可通過快捷按鍵，快速切換。支持多種視頻信號源輸入；支持256級亮度自動調 節功能；支持無撥碼開關應用，所有設置均可通過電腦軟件設置。支持單模、多模光 纖傳輸，傳輸最長可達10公里；控制軟件界面友好，操作簡單，支持軟件調整功能， 可以調整顯示屏顯示內容在監視器上的位置尺寸，可調屏體亮度、顏色。本實用新型以FPGA為核心的全彩同步大屏幕控制系統，硬件的可靠性高，同時極 大簡化了軟件的編程實現，高級的FPGA技術器件的高速特性，使得超大規模的LED顯 示屏的刷新速度得以保證。ISP技術的使用，通過INTERNET更新控制系統版本，使得系 統設計的實效性大為提高，FPGA掃描電路的核心模塊通過PC顯示卡接口，借助于計算 機平臺，能很好地應用于高速地實時動畫及TV圖像顯示領域。
權利要求1、 同步全彩LED顯示控制裝置，由上位計算機控制總線連接，并設有主控板、HUB 掃描卡、LED顯示屏總線模塊，其特征在于主控板和HUB掃描卡各由一塊FPGA或CPLD 芯片電路構成，主控板的FPGA芯片輸入端連接顯卡輸出端口， HUB掃描卡的FPGA芯片 電路輸出端連接LED顯示屏總線端口 ，上位計算機控制系統總線連接主控板和HUB掃描 卡FPGA芯片的接口電路，LED顯示屏端口及驅動電路連接LED顯示屏。
2、 根據權利要求1所述的同步全彩LED顯示控制裝置，其特征在于主控板的接口 電路上設有PCI接口和USB接口 。
專利摘要同步全彩LED顯示控制裝置，由上位計算機控制總線連接，并設有主控板、HUB掃描卡、LED顯示屏總線模塊，主控板和HUB掃描卡各由一塊FPGA或CPLD芯片電路構成，主控板的FPGA芯片輸入端連接顯卡輸出端口，HUB掃描卡的FPGA芯片電路輸出端連接LED顯示屏總線端口，上位計算機控制系統總線連接主控板和HUB掃描卡FPGA芯片的接口電路，LED顯示屏端口及驅動電路連接LED顯示屏。主控板的接口電路上設有PCI接口和USB接口。本實用新型電路設計較容易，既保證了顯示效果，又節約了設計成本。由于應用了高級FPGA技術，可遠程管理主控制卡和HUB掃描接收卡，通過INTERNET更新控制系統版本。
文檔編號G09G3/32GK201037989SQ20072003669
公開日2008年3月19日 申請日期2007年4月10日 優先權日2007年4月10日
發明者于力行, 益 周, 陳小平 申請人:南京德普達電子技術有限公司