文档介绍：基于 FPGA 的 LED 大屏幕控制系统的
设计与实现
作者: 文华武王斌波指导老师:汪涛
(重庆大学,重庆,400044)
摘要:LED 大屏幕相对其他大屏幕显示技术有着亮度高、色彩丰富等独特的优越性,使得
它在室内外大屏幕显示上得到广泛应用。本文基于 FPGA 芯片 EP2C8Q208C 设计了一种低
成本,高性能的 LED 大屏幕控制系统。结合现有系统特点,本系统对 SDRAM 乒乓式数据
缓存提出了改进,同时提出了反γ校正与灰度级调节、颜色调节等在 FPGA 中的实现。本
系统实现了 1280*1024 分辨率,最低 240Hz 刷新率的超大 LED 屏显示,同时实现了对 LED
屏幕亮度、对比度、色温、灰度级等参数的灵活调节。
关键词:LED 大屏幕;FPGA;反γ校正;SDRAM
Design and implementation of FPGA-based LED
large-screen control system
Abstract: Relative to other large-screen display, LED large-screen has unique advantages of
high brightness, rich colors and some others, which make it has been widely used in indoor and
outdoor large-screen display. This paper designed a low-cost, high performance LED large screen
control system, based on FPGA chip EP2C8Q208C. According to the existing systems, the system
proposed some improvements on Ping-Pong type SDRAM data cache and the implementation of
Gamma correction and color adjustment in FPGA. The system implements 1280 * 1024 resolution,
240Hz refresh rate of the large LED screen display, while achieving the flexible adjustment of
LED screen brightness, contrast, color temperature, gray-scale.
Key words: LED large screen; FPGA;Gamma correction;SDRAM
1 引言
奥运会开幕上的 LED 长画卷给我们都留下了深刻的印象。相比于液晶显示,投影显示
等其他大屏幕显示技术,LED 显示屏有其独特的优越性:高亮度、宽可视角度、丰富的色
彩以及可定制的屏幕形状。这些特点使得 LED 显示屏被广泛应用于工业、交通、商业广告、
信息发布、体育比赛等各个领域。
LED 大屏幕控制系统是一个融合计算机控制技术、视频技术、光电子技术、通信技术
的综合系统。当前主流的 LED 大屏幕控制系统是以 FPGA[1]或 FPGA 结合其他芯片[2]为主
控芯片。系统一般分为发送卡和接收卡两部分,发送卡接收视频源的数字视频数据以及 PC
机软件的各种控制命令,然后通过千兆网络发送到接收卡,接收卡接收视频数据并按屏幕要
求驱动屏幕[3]。目前 LED 大屏幕正朝着显示面积更大,显示亮度更高,颜色更鲜艳的方向
发展。这些都给 LED 大屏幕控制系统提出了新的挑战。
本文基于Altera公司的低成本Cyclone II系列芯片EP2CQ208C所设计的LED大屏幕控制系
统,在传统的SDRAM缓存技术[4]上,提出了优化的SDRAM乒乓式缓存技术并详细阐述了反γ
校正,颜色调节,灰度级调节等在FPGA中的实现。本系统最终实现了最大1280*1024分辨率,
最低240Hz刷新率的超大LED屏幕显示。同时可以通过PC机上软件对LED屏幕进行亮度、对比
度、色温、灰度级等参数的灵活调节,得到更加细细腻的显示画面。
2 系统结构
本文所设计的 LED 大屏幕控制系统结构如图 1 所示,整个系统分为发送卡和接收卡部
分,硬件是以两片 FPGA:Altera 公司的 EP2CQ208C 作为主控芯片,DVI 数据解码选用了
TI 公司的 TFP201A(