基于SoC FPGA芯片的异步全彩LED显示控制器解决方案
3 京微雅格SoCFPGA方案
本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/221571.htm京微雅格CME-M5系列FPGA集成了增强型8051MCU,兼容标准8051指令集,12倍于标准8051的MIPS,频率最高可达200MHz,支持高达8MB数据及代码空间扩展,支持硬件32/16- bit MDU(Multiplication Division Unit),128K Byte SPRAM,可作为8051的代码或数据存储器,集成片上调试系统OCDS,支持JTAG在线调试;外设有3个16-bit定时器,1个16-bit看门狗,1个I2C接口,1个SPI接口,2个USART接口,1个RTC实时时钟,8通道DMA;支持STOP,IDLE电源管理模式。支持基于 MSS(Microcontroller Subsystem)的系统编程、系统多配置、系统在线更新、动态频率切换等特性。CME-M5内部结构框图见图5。
![图5:京微雅格CME-M5器件结构框图](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201402/efb46a90ab2f2581bcbf364065fd567a.jpg)
图5:京微雅格CME-M5器件结构框图
在本设计中,增强型 8051实现以太网TCP/IP协议栈,实现对NandFlash / SD卡的访问,显示特效处理,并调度FPGA功能模块实现LED显示。FPGA则负责LED刷新控制,其功能包含:灰度控制、刷新率控制、亮度控制、伽马校正等。PC提供人机交互,让用户通过上位机软件编辑“节目”,即需要最终在LED屏上显示的内容,包含文本,图片,视频以及显示特效,例如百叶窗,流水等;最后上位机软件把“节目”转换成特定的数据文件通过以太网传送给CME-M5,由CME-M5把接收到的数据文件写入NandFlash/SD卡。系统框图如下:
![图6:基于CME-M5解决方案框图](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201402/7cc0235e941cb2caf82585778ee52bc4.jpg)
图6:基于CME-M5解决方案框图
CME-M5 FPGA功能描述
1)伽马校正
根据LED的响应特性,需要对输入的8位灰度值进行伽马校正,使之映射到14~16位灰度值,这部分功能是FPGA通过查表方式的实现的。伽马校正的参数可以通过PC上位机进行修改。
2)灰度控制
下面以8bit/256级灰度作为例子,阐述LED灰度控制原理。对于RGB三基色LED显示,256级灰度意味着R、G、B各使用8bit来表示灰度值(2^8=256,即256级灰度)。每颗LED有独立的R、G、B三个信号供FPGA分别控制。
全彩LED驱动芯片通常分为自带PWM的恒流源以及不带PWM的恒流源。接下来以不带PWM的驱动芯片MBI5024为例介绍灰度控制原理。MBI5024的内部结构框图见图7。 FPGA向SDI送入每个像素点R/G/B灰度值,OUT0~OUT15连接LED的R/G/B,OE_n控制对应每bit灰度值点亮LED时间的长短。 8bit/256级灰度控制,通常使用19场方式,假设子场的周期为T,那么一个刷新周期的总时间为19T。19场被分为8份,时间分别为 8T,4T,2T,1T,1T,1T,1T,1T;OE_n有效时间分别为8T,4T,2T,1T,1/2T,1/4T,1/8T,1/16T。
以下介绍如何对R进行灰度控制,G,B的灰度控制原理是类似的。8T对应8bit灰度值的最高位R[7],其刷新的时间长度为8T;4T对应8bit灰度值的次高位R[6],其刷新的时间长度为4T……1/16T对应最低位R[0],其刷新的时间长度为1/16T。如图8所示, R[7]在T0周期送出,R[6]在T1周期送出,R[5]在T2周期送出……R[0]在T7周期送出。
OUT0~OUT15分别连接第0颗~第15颗LED的R。使用Ri[j]表示第i颗LED的R灰度值的第j位,以下是操作流程:
1. SDI移入 {R0[7], R1[7], R2[7], R3[7], R4[7], R5[7], R6[7], R7[7], R8[7], R9[7], R10[7], R11[7], R12[7], R13[7], R14[7], R15[7]};R15[7]先移入,R0[7]最后移入;
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