CN202102690U

CN202102690U - 全彩色的大屏幕显示控制器

Info

Publication number: CN202102690U
Application number: CN2011201978418U
Authority: CN
Inventors: 周益
Original assignee: Nanjing Doublestar Electronic And Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Doublestar Electronic And Technology Co Ltd
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2021-06-13

Abstract

全彩色的大屏幕显示控制器，包括主控板、HUB扫描卡、LED显示屏总线模块和LED显示屏总线端口及驱动电路，主控板和HUB扫描卡各由一块FPGA芯片电路构成，主控板的FPGA芯片输入端连接显卡输出端口，HUB扫描卡的FPGA芯片电路输出端连接LED显示屏总线端口，上位计算机总线连接主控板和HUB扫描卡的FPGA芯片的接口电路，LED显示屏总线端口及驱动电路连接LED显示屏。本实用新型生成或接收LED显示所需的数字信号（由数字信号源如PC机，DVD等视频发出）并控制整个LED显示器的各个部件,按一定的分工和时序协调工作。

Description

全彩色的大屏幕显示控制器

技术领域

本实用新型涉及一种全彩LED显示屏的控制器。

背景技术

LED大屏幕的显示系统主要由显示屏控制器﹑扫描和驱动电路以及LED屏幕组成。LED显示屏的控制核心是LED显示屏控制器，目前多采用模块化设计结构，包括主控电路和扫描控制电路，主控电路的任务是生成或接收LED显示所需的数字信号（由数字信号源如PC机，DVD等视频发出），并控制整个LED显示器的各个部件,按一定的分工和时序协调工作。待显示数据就绪后,主控电路首先将第一行数据送入移位寄存器并锁存,然后由扫描控制电路的行扫描电路选通,LED阵列的第一行点亮一段时间后再以同样方法显示后续行，至完成一帧的显示内容，如此循环往复，根据视觉暂留的原理，能够实现让肉眼没有明显的停顿感，如果显示屏面积很大，传输的数据量也非常大，则会增加显示器的响应时间，引起闪烁，为提高视觉效果，可以分区并行显示。

LED显示屏控制器主要分成同步和异步两种类型。其区分标准主要是信号源、节目源与屏体显示之间的关系。如果屏体与信号源同步到则称之为同步LED显示屏控制器，反之则称为异步LED显示屏控制器。同步控制器一般的数字信号源为计算机的显卡图像信息或直接采用视频信号源，主控器采用硬件映射方式将图像内容通过采集、存储、格式转换等一系列处理后驱动屏体电路。同步控制器的带宽大、信息处理能力强、一般都能够实现高灰度及高刷新率，但是造价较高、器复杂、脱不开信号源；异步器简单方便、价格便宜，但是效果较弱，一般无法实现灰度。可采用现场可编程FPGA/CPLD控制技术，设计单色及灰度等级不高的大屏幕时，可采用基于单片机的设计方案，要实现高难度图文动态特技显示和多灰度级显示时，则应选择基于可编程逻辑器件的设计方案或基于嵌入式技术的设计方案。

现场可编程门阵列FPGA芯片的片内资源越来越丰富，许多器件内部都集成了RAM块。这些RAM 块可通过软件设置成单端口RAM，双端口RAM等满足器对数据处理的需要。

控制电路（控制器）的设计是大屏幕器设计的核心，LED大屏幕作为公共信息的一种重要显示终端，在许多场合得以应用。此外，大屏幕作为信息发布的重要媒介，对其稳定性，可靠性，刷新扫描速率以及可扩展性要求都很高。控制电路包括信号控制器，扫描电路和驱动电路。目前来说LED显示屏控制电路设计广泛采用两类器件作为其控制核心来实现:一类是单片机控制器，另一类是可编程逻辑器件（FPGA）。

LED显示屏控制器原理：从传统上来讲，LED显示屏控制器主要分成同步和异步两种类型。其区分标准主要是从信号源、节目源与屏体显示之间的关系。如果屏体与信号源同步到则称之为同步LED显示屏控制器，反之则称为异步LED显示屏控制器。

LED大屏幕显示控制器主要由信号控制器﹑扫描和驱动电路以及LED屏幕组成。系统结构如图1所示，目前大多数显示屏的屏幕设计采用的是模块化的结构。它的基本单元是显示单元模块。异步控制器的组成如图2所示。

发明内容

本实用新型的目的是，提供一种全彩色的大屏幕显示控制器，并提供PCI接口和USB接口，采用单片机控制器或可编程逻辑器件（FPGA）。

本实用新型的技术方案是：全彩色的大屏幕显示控制器，包括主控板、HUB扫描卡、LED显示屏总线模块和LED显示屏总线端口及驱动电路，主控板和HUB扫描卡各由一块FPGA芯片电路构成，主控板的FPGA芯片输入端连接显卡输出端口，HUB扫描卡的FPGA芯片电路输出端连接LED显示屏总线端口，上位计算机总线连接主控板和HUB扫描卡的FPGA芯片的接口电路，LED显示屏总线端口及驱动电路连接LED显示屏。

本实用新型改进是：主控板的接口电路上设有PCI接口和USB接口。

本实用新型的有益效果：LED大屏幕显示控制器的任务是生成或接收LED显示所需的数字信号（由数字信号源如PC机，DVD等视频发出）并控制整个LED显示器的各个部件,按一定的分工和时序协调工作。待显示数据就绪后,控制器首先将第一行数据送入移位寄存器并锁存,然后由行扫描电路选通,LED阵列的第一行点亮一段时间后再以同样方法显示后续行，至完成一帧的显示内容，如此循环往复，根据视觉暂留的原理，能够实现让肉眼没有明显的停顿感，如果显示屏面积很大，传输的数据量也非常大，从而增加了显示器的响应时间，引起闪烁，为提高视觉效果，可以分区并行显示。标准异步控制器就是采用了这种模式。

附图说明

图1为LED大屏幕显示控制器的结构示意图，

图2为普通异步控制系统示意图，

图3为同步控制系统示意图，

图4为主控制卡原理框图，

图5为HUB扫描控制卡原理框图。

具体实施方式

同步控制器一般的数字信号源为计算机的显卡图像信息或直接采用视频信号源，主控器采用硬件映射方式将图像内容通过采集、存储、格式转换等一系列处理后驱动屏体电路，其简单的示意图3：全彩LED控制系统可采用PCI接口，传输还是采用了RS422标准，所以线缆较多，也可采用以太网物理层。从以上同步、异步的实现框图来看，就可以了解它们各自的优缺点。同步控制器的带宽大、信息处理能力强、一般都能够实现高灰度及高刷新率，但是造价较高、系统复杂、脱不开信号源；异步系统简单方便、价格便宜，但是效果较弱，一般无法实现灰度。

本实用新型通过同步全彩LED控制器中将主控制卡放置于计算机 PCI 插槽内，通过 DVI 接口从显卡采集数据，此外也可以从东方星、银河显卡通过 50 芯 CN2 接口传输数据；全彩 HUB 板可放置于显示屏后端，图中所示的级联方式为串联，每块 HUB 板只标识出 1 组 RJ-45 接口，1进1出。

FPGA控制技术设计方案

设计单色及灰度等级不高的大屏幕时，可采用基于单片机的设计方案，要实现高难度图文动态特技显示和多灰度级显示时，则应选择基于可编程逻辑器件的设计方案或基于嵌入式技术的设计方案。FPGA（现场可编程门阵列）可编程逻辑器件的片内资源越来越丰富，许多器件内部都集成了RAM块。这些RAM 块可通过软件设置成单端口RAM，双端口RAM等满足器对数据处理的需要。由于我公司开发研制的同步LED控制器要求用于视频图像信号频率高,数据量大,可实时处理，屏幕电路的数字逻辑复杂,采用FPGA/CPLD设计控制电路可以简化器结构，便于调试。采用FPGA/CPLD器件对其中的同步控制，主从控制，读写控制和灰度调制等大量电路进行了集成。使图像数据处理更为快速，图像更加稳定，而且器结构紧凑，工作可靠性有所提高。其中主控卡采用了一块FPGA和一块CPLD，HUB扫描卡采用了一块FPGA和单片机，综合运用单片机技术和FPGA/CPLD技术，利用单片机实现数据的处理，存储和通信功能，利用FPGA/CPLD实现数据的灰度调制，扫描显示等功能，这种方案对单片机和FPGA/CPLD的资源要求都不是很高，电路设计也相对较容易，既保证了显示效果，又节约了设计成本。

新一代同步全彩LED控制器中采用FPGA技术的主控卡和HUB扫描卡控制原理框图（图5）。

FPGA逻辑模块的结构与功能

1）模块名称：初始状态赋值模块，数据接受模块，数据输出模块，存储器切换模块。

2）功能定义：本设计主要用于同步映像屏的显示控制。根据各个模块的功能不同将整个逻辑设计分为四部分。分别是：

● 初始状态赋值模块：其功能主要是通过与计算机的PCI总线的通讯，对主控制模块进行初始状态的赋值，确定显示的方式，数据截取的坐标等等。

●数据接受模块：其功能主要是接受由显示卡传送的数据，并根据主控制模块传送的控制字确定截取的数据，并把截取的数据发给此时接受数据的RAM。

●数据输出模块：其主要功能是根据主控制模块的控制从RAM中读取数据，并把数据转化成输出所需的格式输出。

●存储器切换模块：其功能是根据显卡的帧同步信号来确定切换的时机，保证显示模块能够取到正确的数据。

FPGA（现场可编程门阵列）集成度高、体积小，具有通过用户编程实现专门应用的功能。它允许电路设计者利用计算机开发平台，经过设计输入、仿真、测试和校验，直到达到预期的结果。采用FPGA可以缩短器的开发周期，降低器的功耗，提高器的可靠性。

同步全彩LED控制器由主控卡和HUB 扫描卡以及转接板组成，支持实像素和虚拟象素。主控制卡设有PCI接口和USB接口，用户可根据需要来选择不同的通讯方式，支持PCI总线配置，采用高精度四层PCB板设计，有效降低电磁干扰，能够实现网络线（超五类）或光纤的双向通讯，双卡8G带宽，支持分辨率2048×1280×48位×60HZ传输。同时，控制器中采用的所有器件均为无铅产品（见各产品认证书），在生产过程中严格按照无铅制程生产，因此确保了该产品符合欧盟RoHS无铅环保要求。我公司同时推出的配套软件更加灵活简便，使得新器更加完备，其市场竞争力也更强大。

1、1000BaseT千兆通讯传输技术：

1) 一根UTP5E网线可同时支持双向1Gbps的数据传输，一块主控制卡可配置两根网线。每根网线可以提供1Gbps从主控卡到HUB扫描卡的传输带宽以传输显示信息和用户自定义数据（如声音，屏体电源控制等等），同时每根网线还可以提供1Gbps从HUB扫描卡到主控制卡的传输带宽，可以实时监控LED屏的工作状态，如：屏体上每个点的通断状态（需要LED驱动芯片支持或者特殊屏体设计），显示屏的工作电源是否异常，还可以回传摄像头的监控信息。

2) 主控制卡的传输部分采用电磁隔离技术，支持带电热插拔；支持DVI接口，同时支持DVI显卡和多媒体卡，支持单模、多模光纤传输，传输最长可达10公里；可以低廉的代价方便的实现数据的中继，分发，光纤远距离传输。

2、高级FPGA技术应用

采用单片超大规模集成电路设计作为主控芯片，应用了XILINX FPAG的内嵌DSP技术和内嵌32bit处理器：每个单元屏幕最大可达每种颜色16K级灰度，刷新频率最大可达1000HZ以上。

1) 实现了显示屏色度空间转换，使得显示屏的色彩还原度更好。

2) 可以远程管理主控制卡和HUB扫描接收卡，通过INTERNET更新控制器版本。

3) HUB板扫描卡配置灵活，可以独立工作，显示客户LOGO,可根据具体屏体和性能要求调整控制像素的数目，可以支持单箱体模式，并可以显示多达256幅的自定义图像，并支持屏体测试功能。

3、高级显示屏驱动芯片支持

支持各种高级特性显示屏驱动芯片，高度集成的专用驱动芯片, 集行﹑列控制及一些外围驱动电路于一身，使单元的控制﹑驱动更为简单。器的稳定性更为可靠：

1) 支持逐点，逐芯片电流增益调整，可以校正每个点，每个箱体和整屏的色差校正，客户校正信息可以自由选择储存在PC内，主控制卡上和HUB扫描卡上，方便使用和维护。

2) 支持单点通断状态实时检测，实时回传。

3) 支持内建12,16BIT PWM芯片，使显示屏的对比度更高，色彩更逼真，同时降低了器的EMI干扰。无信号时，显示屏自动关闭；支持锁屏功能。

4、其它功能特点　客户用图形描述出屏体单元板的驱动结构，器就可自动产生和屏体一致的驱动时序。支持一块主控制卡控制多块屏，多块屏的工作状态可任意组合、同步显示、独立播放等，可通过快捷按键，快速切换。支持多种视频信号源输入；支持256级亮度自动调节功能；支持无拨码开关应用，所有设置均可通过电脑软件设置。支持单模、多模光纤传输，传输最长可达10公里；控制软件界面友好，操作简单，支持软件调整功能，可以调整显示屏显示内容在监视器上的位置尺寸，可调屏体亮度、颜色。

本实用新型以FPGA为核心的全彩同步大屏幕控制器，硬件的可靠性高，同时极大简化了软件的编程实现，高级的FPGA技术器件的高速特性，使得超大规模的LED显示屏的刷新速度得以保证。ISP技术的使用，也使得系统设计的实效性大为提高，FPGA扫描电路的核心模块通过PC显示卡接口，借助于计算机平台，能很好地应用于高速地实时动画及TV图像显示领域，具有很高的市场应用价值。

本实用新型由主控卡和HUB 扫描卡以及转接板组成，支持实像素和虚拟象素。主控制卡设有PCI接口和USB接口。本实用新型综合运用单片机技术和FPGA/CPLD技术，利用单片机实现数据的处理，存储和通信功能，利用FPGA/CPLD实现数据的灰度调制，扫描显示等功能，这种方案对单片机和FPGA/CPLD的资源要求都不是很高，电路设计也相对较容易，既保证了显示效果，又节约了设计成本。由于应用了高级FPGA技术，可远程管理主控制卡和HUB扫描接收卡，通过INTERNET更新控制器版本。

Claims

1.全彩色的大屏幕显示控制器，其特征是包括主控板、HUB扫描卡、LED显示屏总线模块和LED显示屏总线端口及驱动电路，主控板和HUB扫描卡各由一块FPGA芯片电路构成，主控板的FPGA芯片输入端连接显卡输出端口，HUB扫描卡的FPGA芯片电路输出端连接LED显示屏总线端口，上位计算机总线连接主控板和HUB扫描卡的FPGA芯片的接口电路，LED显示屏总线端口及驱动电路连接LED显示屏。