基于fpga的大型户外全彩色led屏控制系统设计

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1、基于FPGA的大型户外全彩色LED屏控制系统设计重庆大学硕士学位论文学生姓名：刘九维指导教师：张玲教授专业：信号与信息处理学科门类：工学重庆大学通信工程学院二O一一年四月DesignofFull-colorOutdoorLEDLargeScreenControlSystemBasedonFPGAAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringByL

2、iuJiuweiSupervisedbyProf.ZhangLingMajor:SignalandInformationProcessingCollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2011重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要LED大屏幕显示系统是多种技术综合应用的产品，涉及光电电子学、半导体器件、数字电路以及控制技术等，具有发光效率高、使用寿命长、色彩丰富等特点，在多个领域得到广泛应用。LED显示屏自问世

3、以来，经历了飞速的发展，现今，全彩色LED显示屏已经成为了平板显示的一个重要产品。本文设计了基于FPGA的大型户外全彩色LED屏控制系统。在深入研究LED大屏幕显示系统结构和灰度实现、伽马校正等工作原理的基础上，提出了采用DVI接口作为数据源、千兆以太网作为传输媒介、FPGA作为主控芯片的总体设计方案。主要内容包括以下几个方面：1.在深入研究DVI数据输出时序特征、LED屏结构的基础上，以分辨率为1024×768、刷新率为60Hz的视频源作为研究对象，采用verilog硬件描述语言设计了串口通信模块、DVI数

4、据接收模块、SDRAM控制器以及读写缓存RAM模块，实现了基于FPGA的视频数据接收、发送。Modelsim仿真及板级下载调试表明，该系统功能达到设计要求，且具有实时性好、系统稳定等特点。2.分析视频像素数据在系统设计中的组织结构以及存储方式，设计了SDRAM存储控制模块。通过分析SDRAM操作时序的要求，用verilog硬件描述语言实现SDRAM控制器的设计，以便于其它模块对SDRAM的读写操作。该控制器具有较强的灵活性与可扩展性，不仅满足本系统要求，也适用于其他高速数据采集系统。3.分析现有的高速数据远距

5、离传输方式的优缺点，设计了以千兆以太网作为传输媒介的远距离传输系统，以确保对高速数据传输的要求。实际效果表明，该系统能够保证实时、准确、稳定的数据传输。4.在研究LED屏驱动电路结构、灰度实现原理、多线扫描原理等基础上，设计了驱动LED屏显示的扫描控制模块；由于LED屏是线性显示系统，而视频源是非线性系统，为了能真实还原原始图像，实现了对原始数据的反伽马校正；分析了亮度均匀性产生原因和不同解决方法的优缺，提出了基于FPGA和SDRAM的动态修正方法，降低了系统成本。所设计的LED屏控制系统，仿真和测试结果表明

6、，该系统支持多线扫描，分辨率、灰度可调，且可以对LED的亮度不均匀性进行修正，具有较高的市场应用价值。关键词：全彩LED屏，伽马校正，千兆以太网，SDRAM控制器，亮度均匀性I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTLEDlargescreendisplaysystemisanintegratedsystemofoptoelectronics,Semiconductordevices,digitalcircuitsandcontroltechnology,whichhasbeenwidelyusedinm

7、anyareasandwiththefeaturessuchashighluminousefficiency,longusinglife,richcolorsetc.LEDdisplayshasbeenexperiencingrapiddevelopmenteversinceitsbirth.Untilnow,full-colorLEDdisplayhasbecomeanimportantproductinflatpaneldisplayfiled.Inthecurrentthesis,alargeoutdo

8、orfull-colorLEDscreencontrolsystembasedonFPGAwasdesigned.Onthebasisofthestructureofthelargescreendisplaysystemandtheprincipleofgrayrealization,gammacorrection,theoveralldesignwasproposed,withDVIinterfa