论文摘要
半导体发光二极管(LED)利用半导体作为发光材料,具有节能、环保、色彩丰富、寿命长等优点。而在节能环保的大趋势下,随着LED制造成本的下降,以及各种技术瓶颈的突破,LED逐步成为照明市场的主力军,LED景观照明的应用需求也越来越大。本文研究的大型LED灯饰控制系统属于景观照明的范畴,由于其非规则布局的特性,故在实时性和传输速率等方面有较高的要求。本文根据这些要求,设计了灯饰控制系统的核心控制部件——DVI视频处理器。该处理器通过USB、DVI接口与计算机相连,从计算机获取配置信息与图像信息,并通过千兆以太网接口将生成的图像数据高速发送出去,满足系统实时播放视频的需求。本论文使用异步SRAM进行数据缓存,通过五级流水、乒乓操作等设计思想设计FPGA程序,采用千兆以太网口进行传输,大大提高了DVI视频处理器处理数据和发送数据的速度。本文的主要工作包括以下五个方面。1.设计DVI视频处理器与下级数据分配器的通信协议。2.设计DVI视频处理器的硬件方案,保证DVI视频处理器的稳定工作。3.完成FPGA的模块设计和程序编写,以及后期的功能仿真和时序仿真,保证代码设计的正确性。4.完成接口软件和ARM程序的编写,实现配置信息的下载功能。5.完成DVI视频处理器的样机制作,以及接口软件、ARM和FPGA的联机测试,保证DVI视频处理器样机稳定地工作,实现预想的功能。本文的研究内容是大型LED灯饰控制系统的一个重要部件,在一定程度上可提升我国在LED景观照明方面的竞争力,推动LED产业的发展。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1.LED 景观照明现状和发展趋势1.2 大型LED 灯饰控制系统简介1.3.DVI 视频处理器的特点与需求分析1.4 本文完成的主要工作1.5 章节安排第二章 控制系统整体设计2.1 控制系统框架2.2 通信协议分析2.2.1.LED 灯饰控制系统以太网通信协议分析2.2.2.DVI 视频处理器与计算机的通信协议分析2.3.DVI 视频处理器硬件设计2.3.1 硬件架构和设计难点2.3.2.F PGA 主控模块2.3.3 千兆以太网模块2.3.4 存储模块2.3.5 系统电源模块2.3.6.DVI 接口模块及USB 接口模块2.4 本章小结第三章 FPGA程序设计与优化3.1.FPGA 程序的工作流程3.1.1 实时视频播放3.1.2 故障检测3.2 流水线设计思想3.3.FPGA 程序的基本框架3.4.USB 传输模块3.5 配置信息处理模块3.6 图像数据处理模块的设计3.6.1 模块功能3.6.2 乒乓操作3.6.3 子模块划分3.7 核心处理模块的设计3.7.1 模块功能3.7.2 子模块划分3.8 时钟设计3.8.1 时钟驱动3.8.2 跨时钟域的数据同步3.8.3 时序约束与优化3.9 本章小结第四章 PC接口软件和ARM程序设计4.1 软件工作流程4.1.1 配置信息下载4.1.2 故障检测4.2.PC 接口软件设计4.3.ARM 程序设计4.3.1.SPI 接口简介4.3.2 传输接口设计4.4 本章小结第五章 系统测试和结果分析5.1.P C 接口软件和ARM 程序测试5.1.1.USB 数据传输测试5.1.2.ARM SPI 接口的传输测试5.2.FPGA 程序测试与仿真5.2.1 模块功能仿真5.2.2 模块时序仿真5.3.DVI 视频处理器系统测试及结果分析5.3.1 测试工具SignalTapⅡ5.3.2.DVI 视频处理器系统联合测试及结果分析5.4 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间取得的研究成果致谢附件
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